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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES “ARAGÓN”.

“AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA).” TESIS PROFESIONAL QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA PRESENTA: JOSÉ LUIS ARREDONDO GARCÍA

ASESOR: ING. ADRIAN PAREDES ROMERO 2010

AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA).

OBJETIVO GENERAL: Establecer los fundamentos del Ahorro de Energía aplicado a Casas Automatizadas, (Domótica).

OBJETIVOS PARTICULARES: 1) Establecer los conceptos generales Ahorro de Energía.

sobre

2) Conocer los conceptos generales sobre casas automatizadas, (Domótica). 3) Dar los fundamentos y características del equipo utilizado en el diseño de casas automatizadas, considerando el Ahorro de Energía. 4) Utilizar la aplicación del Ahorro de Energía, en el diseño de una casa automatizada a partir de la Domótica.

INDICE.

ÍNDICE. INTRODUCCIÓN.

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CAPÍTULO I. CONCEPTOS GENERALES SOBRE AHORRO DE ENERGÍA. I.1.- Introducción. I.2.- Contaminación medioambiental. I.3.- Políticas energéticas. I.4.- Ahorro de energía y efecto invernadero. I.4.1.- Protocolo de Kyoto. I.4.2. Ahorro de energía. I.4.3. Ahorro de agua. I.4.4. Ahorro de gas. I.5.- Rendimiento de la energía. I.5.1. Factores que mejoran el rendimiento I.6.- Generación de electricidad. I.6.1. Turbinas hidráulicas. I.6.2. Turbinas térmicas. I.6.3. Turbinas eólicas. I.6.4. Turbinas submarinas. I.7.- ¿Cómo lograr el ahorro de energía? I.7.1. Cogeneración con Turbinas de Vapor. I.7.2. Cogeneración con Turbinas de Gas. I.7.3. Cogeneración con Ciclo Combinado.

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I.7.4. Cogeneración con Motor Alternativo. I.7.5. Cogeneración con microturbinas. I.8.- Métodos para un ahorro de energía eficaz. I.8.1. Sector de edificios domésticos y comerciales. I.8.2. Sector industrial. I.8.3. Transporte. I.9.- El ahorro de energía en una casa.

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CAPÍTULO 2. CONCEPTOS GENERALES SOBRE CASAS AUTOMATIZADAS (DOMÓTICA).

II.1.- Concepto de Domótica. II.2.- ¿Qué es la Domótica? II.3.- ¿De qué se encarga la Domótica? II.3.1. Gestión energética. II.3.2. Seguridad. II.3.3. Confort. II.3.4. Comunicaciones. II.4.- El estado actual de la Domótica. II.4.1. Los Estados Unidos de América. II.4.2. Japón. II.4.3. Europa. II.4.4. México. II.5.- Funciones y Servicios del Hogar Digital.

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II.6.- Contribución de la Domótica al ahorro y la eficiencia energética. II.6.1. ¿Cómo ahorrar electricidad? II.6.2. ¿Cómo ahorrar combustibles? II.6.3. ¿Cómo ahorrar agua? II.7.- Cálculo de emisiones de gases de efecto invernadero. 11.7.1. Cálculo de emisiones de gases de efecto invernadero. 11.7.2. Estimación del uso de energía eléctrica de aparatos de línea blanca y línea café. II.8.- Caso práctico de ahorro energético en una vivienda con Domótica. II.9.- Primeras Conclusiones.

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CAPÍTULO 3. EQUIPO UTILIZADO EN EL DISEÑO DE CASAS INTELIGENTES (DOMÓTICA), CONSIDERANDO EL AHORRO DE ENERGÍA. III.1.- Introducción. III.2.- Estructura de la Domótica (Elementos que componen un sistema Domótico). III.2.1. Pasarela Residencial. III.2.2. Sistema de control centralizado. III.2.3. Los sensores.

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III.2.4. Los actuadores. III.2.5. Los aparatos electrónicos y electrodomésticos dotados de tecnología digital.

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III.3.- Preinstalación de una vivienda Domótica.

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III.4.- Conceptos Técnicos. III.4.1. Tipo de arquitectura o Topologías (“hardware” del sistema). III.4.2. Medios de Transmisión de los datos. III.4.3. Velocidad de Transmisión. III.4.4. Protocolos de Comunicaciones.

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III.5.- Principales tecnologías Domóticas. III.5.1. X10®. III.5.2. ZIGBEE®. III.5.3. KNX® (antes KONNEX). III.5.4. LonWorks® / LONTALK Operating Networks). III.5.5. BACnetTM. III.6.- Comparación de las diferentes tecnologías. III.6.1. KNX® vs LON. III.6.2. X10® vs ZigBee®. III.7.- Las aplicaciones de la Domótica.

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III.8.- Equipo utilizado en aplicaciones de Domótica. III.8.1. Ejemplo de un proyecto pequeño. III.9.- Resumen. III.9.1. Historia de la Domótica: pasado, presente y futuro. III.9.2. X10®: el inicio a finales de los '70. III.9.3. Nacimiento de los Protocolos Estándar: KNX® y LonWorks® (LON). III.9.4. La llegada de los Protocolos Propietarios. III.9.5. Expansión de los protocolos estándar: KNX® vs LON y llegada de los sistemas inalámbricos. III.9.6. El futuro de los sistemas domóticos.

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CAPÍTULO 4. APLICACIÓN DE AHORRO DE ENERGÍA EN EL DISEÑO DE CASAS INTELIGENTES (DOMÓTICA).

IV.1.- Introducción. ¿Qué es una red de control? IV.2.- Elementos de Instalación.

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IV.3.- Pasos para realizar un proyecto domótico. IV.3.1. Determinación de la funcionalidad. IV.3.2. Instalaciones de la casa o edificio. IV.3.3. Cableado del bus de instalación KNX®/TP1. IV.3.4. Selección y montaje de componentes del bus KNX®/TP1. IV.3.5. Representaci6n esquemática de la instalación. IV.4.- Caso real. IV.4.1. Iluminación. IV.4.2. Persianas y toldos. IV.4.3. Tomas de corriente. IV.4.4. Calefacción / Climatización. IV.4.5. Alarmas técnicas. IV.4.6. Control a distancia. IV.4.7. Control telefónico. IV.4.8. Número de módulos. IV.4.9. Sistema KNX®. IV.4.10. Número de módulos de alimentación. IV.4.11. Lista de componentes. IV.4.12. Presupuesto del material. IV.5.- Conclusiones.

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CONCLUSIONES. BIBLIOGRAFÍA. GLOSARIO DE TÉRMINOS. ANEXO.- Otras formas de ahorrar energía.

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INTRODUCCIÓN En los últimos años, y dada la fuerte dependencia del exterior que tiene México en cuanto a consumo energético, los actuales gobiernos del país; han ido aprobando leyes y decretos, que tienen como objetivo principal, incentivar el Ahorro de Energía de aquellos usuarios que son consumidores que solicitan grandes cantidades de energía, ya sea para consumo residencial o industrial. Haciendo un poco de historia, se indica que en Marzo de 1995 la revista European Power Notes, publicó un artículo titulado “Energy Revolution in Spreading”, en el que los autores expresan cuáles serán las futuras tendencias para la demanda y el uso de la energía, indicando los más importantes cambios que se avecinan. De ellos, se ofrecen los puntos más importantes: En los próximos 15 ó 20 años, gran parte de la electricidad será generada por equipos situados en los propios edificios o centros comerciales (autogeneración1 y cogeneración2, incluso trigeneración3 de energía), y no en las hoy, poco eficientes plantas de producción actuales (plantas generadoras o centrales eléctricas), (European Power Notes, 1995). Los avances en el diseño y materiales han reducido drásticamente los consumos de energía en algunos edificios y complejos hasta en un 90% con respecto a lo que se consumía en 1970. El mundo está en una etapa de búsqueda de la mayor rentabilidad en todos los procesos energéticos, optimizando en todo lo posible, los recursos disponibles. Estas tendencias y cambios, más otros que están emergiendo ahora, pueden facilitar el camino hacia el empleo eficiente y sostenible de la Energía. No obstante, y hasta que llegue ese momento, habrá que ir adoptando medidas técnicas, entre las que hay que considerar: Ahorro de Energía y recuperación de calor. Centralización de producción de frío y calor. El mayor empleo de máquinas de absorción. Evitar el uso de energía eléctrica (como fuente única). Empleo de motores térmicos.

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Autogeneración.- A través de plantas generadoras. Cogeneración.- A través de plantas generadoras instaladas dentro de los ciclos de autogeneración. La energía de combustibles fósiles primarios es la construcción de sistemas de Cogeneración o de Energía y Calor Combinados (ECC). Para el objetivo de este trabajo de tesis, esta forma de cogeneración de energía es la propuesta; aún a sabiendas, de que pueden existir otros tipos de generación a través de la forma tradicional de obtención de energía eléctrica por medio de Centrales Generadoras hidroeléctricas y termoeléctricas. Así como del tipo de turbina: Pelton o Francis. Sin embargo, ese análisis está fuera del objetivo de esta tesis. 3 Trigeneración.- Es la suma de todas las posibilidades de generación dentro del sistema. Aquí se trata de aprovechar las diversas opciones ecológicas de generación de energía (solar, eólica, composta, etcétera). 2

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Empleo de sistemas de cogeneración y trigeneración (autoproducción eléctrica). Regulación completa de zonas a climatizar (frío / calor). Sistemas pasivos en edificios. Una familia típica estadounidense gasta cerca de $1,300 USD4 al año en consumo de energía; mientras que, una familia europea gasta en promedio 1,000 € en ese mismo periodo de tiempo. Desgraciadamente, se desperdicia una gran cantidad de esa energía. Cada año se desperdicia a través de ventanas y puertas mal instaladas una cantidad de energía equivalente a la cantidad de energía que se recibe del oleoducto de Alaska. Así mismo, para generar la electricidad a partir de combustibles fósiles que se necesita para una sola casa, se arroja al aire circundante más dióxido de carbono que dos vehículos convencionales. Si cada consumidor, toma algunas medidas de bajo costo para aumentar la eficiencia energética en su hogar, puede reducir los gastos de energía entre un 10 y 50%, a la vez que contribuye a reducir la contaminación del aire (esto es mejor que el cambio de horario). Finalmente para México, se tiene un consumo promedio de $10,000 pesos (incluyendo el subsidio que otorga el gobierno Federal), (Secretaría de Energía, 2006). La clave para lograr estos ahorros radica en elaborar un plan de eficiencia energética global para el hogar. Para abordar este criterio, se debe visualizar cada una como un sistema energético formado por parte independientes. Por ejemplo, el sistema de calefacción no es simplemente una caldera, sino un sistema de suministro de calor que comienza en la caldera y distribuye el calor por toda la casa a través de un sistema de conductos. Aunque en una casa se tenga la mejor y más moderna caldera en cuanto a eficiencia energética, si los conductos dejan pasar aire y no están aislados, y además las paredes, el ático5, las ventanas y las puertas de la casa tampoco cuentan con aislamiento, se seguirá recibiendo facturas energéticas altas. Si se sigue un Plan de Ahorro de Energía Global para toda la casa, se gastará dinero para aumentar la eficiencia energética sabiendo que se trata de una inversión inteligente. Las mejoras en la eficiencia energética, no solamente convierten el hogar en un lugar más cómodo; sino que se produce un beneficio económico a largo plazo. El costo de las mejoras en la eficiencia energética del hogar o de un electrodoméstico eficiente en cuanto al consumo de energía, que puede ser más caro, se puede recuperar a través de un menor costo de operación. A veces, cuando se hace este tipo de mejora es posible obtener un préstamo hipotecario especial por eficiencia energética, para el cual el organismo crediticio puede utilizar un coeficiente deuda-ingreso más alto de lo normal para 4

Tipo de Cambio usado a lo largo de toda esta Tesis (Abril de 2010). 1MXN = 0. .0819187 USD 1 USD = 12.2072 MXN 1 MXN = 0.0615446 EUR 1 EUR = 16.2484 MXN Fuente: Universal Currency Converter (www.xe.com/ucc/es) 5 Ático.- Último piso de una casa o de un edificio.

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calcular las condiciones del préstamo. Además, es incluso probable, que aumente el valor de reventa de dicha casa-habitación. Por otro lado, la lectura de la presente tesis puede abordarse de la siguiente manera: En el capítulo I, se aborda el problema del cambio climático y la importancia del ahorro de energía, se desarrollan también los conceptos generales sobre el tema del ahorro de energía; y se resalta el tema de las recomendaciones para el ahorro de energía; así como algunas de las formas de generación de la energía. En el capítulo II, se establecen qué es la Domótica y la forma en que este concepto es llevado a la Casa Inteligente. Para el capítulo III, se hace una reseña de las redes de control más importantes, todo ello considerando el ahorro de energía. Finalmente, en el capítulo IV, se realiza una propuesta de cómo aplicar los conceptos desarrollados en el capítulo anterior, para constituir un prototipo de casa inteligente, basada en la propuesta Domótica.

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CAPÍTULO I. CONCEPTOS GENERALES SOBRE AHORRO DE ENERGÍA. I.1. Introducción. En otros tiempos, la energía disponible en relación a la demanda de consumo humano era abundante. La madera y el carbón vegetal eran el principal combustible, hasta la aparición en el siglo XVIII, del combustible de carbón mineral con la Revolución Industrial. Todavía hoy, la madera constituye el 13% de la energía mundial, y la mayor parte se quema de modo poco eficaz para cocinar y calentar los hogares en los países menos desarrollados. Un aldeano típico gasta cinco veces más energía que un europeo para preparar la cena sobre el fuego, o utilizando la madera para quemar. La consecuencia de ello es que la madera como combustible está empezando a escasear en África y el Sureste asiático. En Europa, y en particular en Gran Bretaña, los suministros de madera empezaron a disminuir en la mitad del siglo XVIII, pero el carbón disponible iba aumentando. El carbón se utilizaba para usos domésticos y para las máquinas de vapor necesarias para bombear el agua de las minas de carbón y, de este modo, aumentar la producción de este valioso combustible. La máquina de vapor de caldera de carbón también hizo posible el transporte por ferrocarril, con el invento de la locomotora, que resultó una forma de propulsión más segura y eficaz que muchas otras. No es necesario recalcar la gran eficacia de este invento; la conversión de la energía química del carbón en energía mecánica de la máquina, alcanzaba un rendimiento mejor. En México, se tiene un consumo variado de energía, ya que en las grandes urbes, se utilizan sistemas energéticos basados en el consumo de derivados del petróleo (gas LP, gas natural o combustóleo); mientras en las regiones más pobres del país, se sigue utilizando leña o sus derivados (serrín o virutas bañadas en petróleo) para calentar los hogares e incluso, los alimentos. Por lo que, el consumo de energía es diferencial. No obstante, se busca que haya una homologación en la distribución y uso de los combustibles, con el objetivo de hacer eficiente su consumo. I.2. Contaminación medioambiental. El químico sueco Svante A. Arrhenius descubrió en 1896 que el equilibrio radiactivo de la Tierra dependía en gran medida de la capa protectora de dióxido de carbono. Durante 150,000 años el contenido de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera se ha mantenido en un valor constante de unas 270 partes por millón (ppm). El dióxido de carbono atrapa los rayos infrarrojos que salen de la Tierra y es el responsable de que la temperatura de la superficie terrestre sea unos 31 grados más cálida que si no existiera. Esto ha

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). tenido un efecto crucial en el desarrollo de la vida misma, ya que sin este efecto invernadero natural, la mayor parte del agua terrestre sería hielo. Sin embargo, el contenido de dióxido de carbono en la atmósfera se ha incrementado desde 1850 hasta alcanzar 360 ppm. El mayor motivo de este aumento es el incremento progresivo de la combustión de carbón, petróleo y gas para obtener la energía necesaria, a fin de mantener nuestro estilo de vida. Los habitantes del oeste de Europa gastan tres toneladas de petróleo, o su equivalente en gas o carbón, por persona al año, mientras que en Estados Unidos el gasto es de ocho toneladas por persona al año. En el mundo se consumen 8.000 millones de toneladas de petróleo u otros combustibles fósiles al año, y se espera que en el año 2020 el consumo alcance los 14,000 millones de toneladas anuales. Gran parte de este aumento de la demanda proviene del mundo en vías de desarrollo. En China se queman 1,000 millones de toneladas de carbón y se calcula que en cinco años esta cifra se incrementará a 1,500 millones de toneladas, ya que su economía está creciendo a un promedio del 8 al 10% anual. (Como media, en un país en vías de desarrollo un crecimiento anual del 1% viene a suponer un incremento en el consumo de energía del 1,5%). El rápido aumento de la población de los países en vías de desarrollo acentúa el problema. Las Naciones Unidas estiman que en el año 2040 el crecimiento será de 10,000 millones de personas de las que 8,000 millones pertenecerán a países en vías de desarrollo, muchos de ellos con economías en fuerte expansión, con lo que su demanda de energía aumentará de forma considerable. El efecto de la quema masiva de combustibles fósiles, es el aumento de la cantidad de dióxido de carbono. Su concentración en el aire duplicará duplicado en el año 2030, los valores medios del siglo XIX, que se situaban en 270 ppm, lo que provocará el aumento en 2 ºC de la temperatura de la superficie terrestre, así como una subida de unos 4 cm del nivel del mar según las estimaciones de la Conferencia Intergubernamental sobre el Cambio Climático de las Naciones Unidas. Las posibles consecuencias del calentamiento global son impredecibles a largo plazo y han provocado la alarma en todo el mundo. La posibilidad de ver masas de agua inundando los países ribereños y cambios en el clima provocando el aumento de las lluvias en partes del hemisferio norte, así como la extensión de la desertización en algunas regiones ecuatoriales en las próximas décadas resulta inquietante. En Mayo de 1992, 154 países (incluidos los de la Unión Europea) firmaron el Tratado de las Naciones Unidas para el Cambio Climático (ratificado en marzo de 1994). Los países signatarios se comprometieron a estabilizar, para el final de siglo, los niveles de las emisiones de dióxido de carbono en los valores de 1990. Los científicos participantes de la Conferencia Intergubernamental sobre el Cambio Climático, encargados de vigilar e investigar el fenómeno del calentamiento, advirtieron que con las propuestas de reducción aprobadas

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). difícilmente se logrará evitar los posibles daños futuros que puede causar el cambio en el clima. La estabilización del nivel de las emisiones de dióxido de carbono va a requerir una considerable voluntad política. El Consejo Mundial de la Energía afirma que para alcanzar la pretendida estabilización sería necesaria una reducción de al menos un 60% de las emisiones anuales de dióxido de carbono a partir de ahora. I.3.- Políticas energéticas. La aplicación del conocimiento a los fines prácticos de la vida del ser humano para cambiar o manipular su entorno. La tecnología comprende el uso de materiales, herramientas, técnicas y fuentes de energía con el fin de hacer que la vida sea más fácil o más placentera y el trabajo más productivo. Mientras la ciencia se ocupa de cómo y porqué suceden las cosas, la tecnología se concentra en hacer que las cosas sucedan. La tecnología empezó a influir en el empeño humano tan pronto como las personas comenzaron a usar herramientas; se aceleró con la Revolución industrial y la sustitución del trabajo animal y humano por las máquinas. El desarrollo tecnológico acelerado también ha tenido sus costos, en términos de la polución del aire y del agua y otros efectos ambientales indeseables. En México, la Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía (CONUEE) es un órgano administrativo desconcentrado de la Secretaría de Energía, que cuenta con autonomía técnica y operativa. Tiene por objeto promover la eficiencia energética y constituirse como órgano de carácter técnico, en materia de aprovechamiento sustentable de la energía. La CONUEE queda constituida a partir de la entrada en vigor de la Ley para el Aprovechamiento Sustentable de la Energía, publicada el 28 de noviembre de 2008, en donde se establece que todos los recursos humanos y materiales de la Comisión Nacional para el Ahorro de Energía (CONAE) se entenderán asignados a esta nueva Comisión. Por Aprovechamiento Sustentable de la Energía, se entiende el uso óptimo de la energía en todos los procesos y actividades para su explotación, producción, transformación, distribución y consumo, incluyendo la eficiencia energética. Dentro del marco vigente, se entiende por eficiencia energética todas aquellas acciones que conlleven a una reducción económicamente viable de la cantidad de energía necesaria para satisfacer las necesidades energéticas de los servicios y bienes que requiere la sociedad, asegurando un nivel de calidad igual o superior y una disminución de los impactos ambientales negativos derivados de la generación, distribución y consumo de energía. Quedando incluida, la sustitución de fuentes no renovables por fuentes renovables de energía. También en México el INFONAVIT (Instituto del Fondo Nacional de la Vivienda para los Trabajadores) asume no sólo su responsabilidad natural de proveer más y mejores viviendas para los trabajadores, sino además de

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). generar mejores barrios y ciudades, más amables con el entorno y con quienes las habitan. En otras palabras, viviendas más sustentables, entendiendo esto como el conjunto de acciones orientadas a la preservación y mejoramiento del entorno urbano en tres ámbitos interrelacionados - ambiental, económico y social – cuyo éxito individual depende necesariamente del fortalecimiento mutuo y de no afectar negativamente a los otros. El INFONAVIT en materia de vivienda sustentable. El tema de la vivienda se aborda desde dos escalas relacionadas y complementarias: la de la vivienda en sí misma y la de su inserción en el medio urbano. El ámbito de acción de la primera abarca temas como la ampliación de la dimensión de las viviendas, la incorporación de eco tecnologías en ellas, y la provisión de tecnologías de la información en cada hogar, por su parte, en el ámbito urbano se promueve la creación de ciudades más compactas, que fomenta la construcción en densidades mayores en terrenos centralizados, cercanos a las fuentes de empleo y redes de transporte público, y dotados de infraestructura y equipamiento con capacidad desaprovechada en la actualidad. En este mismo ámbito de acción, se desarrollaran planes de acción específicos que reconozcan las particulares condiciones de oferta y demanda de vivienda de mejor calidad, con sentido de barrio y más integrada al tejido urbano. ¿Qué están haciendo? Impulsar el desarrollo de vivienda que atienda las necesidades de los derechohabientes, en cantidad y bajo estándares de calidad que contemplen una integración social, urbana y ecológica, así como acciones que incentiven el crecimiento del valor patrimonial de los acreditados, a través de los siguientes proyectos: Hipoteca Verde. Proyecto mediante el cual se incorporan en la vivienda elementos de alto ambiental que beneficien el bolsillo de los trabajadores y a su vez brinde elementos para generar más y mejores estímulos, así como impulsar una conciencia ecológica en las comunidades de acreditados INFONAVIT. La Hipoteca Verde es un crédito INFONAVIT que cuenta con un monto adicional para que el derechohabiente pueda comprar una vivienda ecológica y así obtener una mayor calidad de vida, generando ahorros en su gasto familiar mensual derivados las ecotecnologías que disminuyen los consumos de energía eléctrica, agua y gas; contribuyendo al uso eficiente y racional de los recursos naturales, y al cuidado del medio ambiente. Vivienda Digital. Iniciativa que busca disminuir la brecha cultural y tecnológica en las clases de menor poder adquisitivo a través del diagnóstico y promoción de oportunidades de consolidación y escala que permita ofrecerle a los derechohabientes opciones de equipo y conectividad atractivas, adicionalmente a capacitación y servicio. Buenas prácticas y Planes de acción. Programa permanente que busca identificar y promover los hallazgos más recientes y las mejores prácticas relacionadas con el proceso y procuración de la industria de la construcción de

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). vivienda para incentivar la disminución de costos y por consiguiente del precio de las viviendas para trabajadores de menores recursos. Una de las iniciativas más importantes es la realización del Foro internacional de vivienda sustentable, para fomentar el desarrollo y adquisición de vivienda en entornos sustentables. Podemos finalmente decir que en México la Comisión Federal de Electricidad (CFE), la Secretaría de Energía (SENER), la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA), la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT) y el INFONAVIT entre otros, están planteado iniciativas para el ahorro racional y sustentable de energía eléctrica, agua y gas. Por otro lado, para reducir las emisiones de gases que generan el efecto invernadero y que está produciendo el calentamiento global, varios países industrializados en el mundo crearon un acuerdo conocido como Protocolo de Kyoto. I.4. Ahorro de energía y efecto invernadero. Hay diversos métodos, pero el más efectivo es quemar menos combustibles fósiles y en especial, combustibles ricos en carbono como el carbón y el petróleo. Estos combustibles también tienen un alto contenido de azufre, que junto con el nitrógeno dan lugar a emisiones de carácter ácido y causan la lluvia ácida. De ello se desprende que la protección del medio ambiente es hoy el mayor incentivo para el ahorro de energía. A largo plazo, también es importante el agotamiento de los recursos de combustibles fósiles, no renovables. Al ritmo de consumo actual se calcula que las reservas de petróleo y gas natural durarán unos cincuenta años y las de carbón unos doscientos años. La demanda creciente de combustibles fósiles y los daños por la contaminación derivados de su utilización, han motivado llamadas de atención para ir avanzando hacia un desarrollo sostenible o sustentable, un concepto que apoyan políticos de muchos países. La enorme dificultad para conseguir esta meta ha sido menospreciada a menudo. El Consejo Mundial de la Energía estima que las fuentes de energías renovables sólo podrán aportar un 30% de la demanda mundial en el año 2020 (aunque la cifra podría llegar a un 60% para el año 2100). Por esta razón, la Unión Europea ha llevado a cabo numerosas iniciativas para estimular el ahorro de energía, estimando posible lograr un ahorro del 20%. El Consejo Mundial de la Energía ha aconsejado una reducción de la intensidad de la energía para el futuro en distintas zonas, teniendo en cuenta la cantidad de energía necesaria para producir una unidad del Producto Interno Bruto, (PIB). En un informe de 1993, el Consejo Mundial de la Energía publicó sus estimaciones para un uso eficaz de la energía, situándolo en un 3 ó 3,5% para los países medios, un 4-5% para Europa occidental y Japón, y sólo un 2% para Estados Unidos.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). I.4.1. Protocolo de Kyoto. Los gobiernos acordaron en 1997 el Protocolo de Kyoto del Convenio Marco sobre Cambio Climático de la ONU (UNFCCC). Es un acuerdo firmado por 128 países con el fin de tomar medidas para reducir la contaminación de los gases que producen el cambio climático en gran parte del mundo. El acuerdo entró en vigor el 16 de febrero de 2005, sólo después de que 55 naciones que suman el 55% de las emisiones de gases de efecto invernadero lo han ratificado. El objetivo del Protocolo de Kyoto es conseguir reducir un 5,2% las emisiones de gases de efecto invernadero globales sobre los niveles de 1990 para el periodo 2008-2012. Este es el único mecanismo internacional para empezar a hacer frente al cambio climático y minimizar sus impactos. Para ello contiene objetivos legalmente obligatorios para que los países industrializados reduzcan las emisiones de los 6 gases de efecto invernadero de origen humano como dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y óxido nitroso (N2O), además de tres gases industriales fluorados: hidrofluorocarbonos (HFC), perfluorocarbonos (PFC) y hexafluoruro de azufre (SF6). Países como México, Brasil, Venezuela y Argentina, que en su conjunto emiten casi el 6% de los gases efecto invernadero a nivel mundial y el 70% de la zona de centro y sur de América, no están obligados a reducir emisiones; actualmente sólo obliga a los países industrializados. En diciembre de 2008 se hizo la Cumbre de Polonia donde México, China, India y Brasil se comprometieron a limitar las emisiones. México genera 2.0 por ciento de las emisiones per cápita de gases invernadero, sin embargo, se sitúa en el lugar número 13 en lo que respecta a la cantidad de emisiones de CO2 a escala mundial. México todavía no tiene un programa claro para el desarrollo de las energías renovables, en ese sentido no nos estamos preparando para este cambio. Situación Regional. "El incremento en la intensidad y frecuencia de huracanes en el Caribe, los cambios en los patrones de precipitaciones, el aumento de los niveles de las riberas en Argentina y Brasil, y la reducción de los glaciares en la Patagonia y los Andes, son fenómenos que indican el impacto que el calentamiento global podría tener en la región". De esta manera, "el cambio climático será, cada vez más, un problema de desarrollo". Lo anterior es un extracto del informe ―El Cambio Climático en América Latina y el Caribe‖. El documento, es el resultado de una iniciativa impulsada por el gobierno de México a través de la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT) y la Oficina Regional para América Latina y el Caribe del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA / ORPALC). En tanto, México aparece en la región como el principal emisor de bióxido de carbono, con emisiones netas de 444.5 millones de toneladas métricas en 1990. Para dicho año, la mayor fuente de emisiones fue el cambio

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). en el uso de suelo y la silvicultura, con un 30.6 %; seguida de las industrias energéticas y de procesamiento, con un 24.4 %; el transporte, con un 21.3 %; y otras industrias (particularmente del cemento y la metalurgia), con un 14.6 %. La quema de combustibles fósiles dio origen a un 67 % de estas emisiones. Las emisiones de metano se estimaron en 36 millones de toneladas métricas para 1990, provenientes en la mayor parte de la fermentación entérica1 (48 %) y las emisiones fugitivas de combustibles (28.5 %). I.4.2. Ahorro de energía. El Senado de la República pidió a la Secretaría de Energía (SENER) sustituir las lámparas incandescentes por focos ahorradores de energía a más tardar en 2015, pues con esta medida México cumpliría con la segunda fase del Protocolo de Kyoto; ya que partir de 2012 entrará en vigor ésta fase donde los países en desarrollo también estarán obligados a reducir sus emisiones de bióxido de carbono y otros gases contaminantes. El Senado de la República ha señalado que el uso intensivo de fuentes energéticas como el petróleo, gas y carbón han generado notable deterioro al medio ambiente, lo que ha disminuido los recursos naturales del país y en el resto del mundo. México debe adoptar medidas para reducir las emisiones de efecto invernadero, pues la tecnología que se utiliza actualmente desperdicia hasta un 98% de la energía al momento de encender un foco incandescente en cualquier lugar. Por ello, la Secretaría de Energía (SENER) deberá establecer políticas públicas que promuevan la eficiencia energética, como sustituir las lámparas incandescentes por focos ahorradores de energía, entre otros. La privatización de los sistemas de suministro de energía en el mundo, junto con la introducción de políticas energéticas en manos de las leyes del mercado, alientan a los productores a aumentar sus beneficios, vendiendo más y más cantidad de energía y disminuyendo su disposición a la conservación de la misma. El único límite son las leyes sobre contaminación. Por lo que respecta a la demanda, los usuarios parecen reacios a instalar sistemas de ahorro de energía, a pesar del ahorro que les supondría durante tres o cuatro años. Un ejemplo son las lámparas de alto rendimiento energético. También el Gobierno Federal a través de la Secretaría de Energía, en cumplimiento con el Acuerdo Nacional en Favor de la Economía Familiar y el Empleo, firmado por el Presidente de la República el 7 de enero de 2009 implementó el Programa de Sustitución de Equipos Electrodomésticos para el Ahorro de Energía Eléctrica, el cual busca sustituir refrigeradores o equipos de aire acondicionado con diez o más años de uso por aparatos nuevos más eficientes en su consumo de energía. De esta manera, el Gobierno Federal

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Las vacas contribuyen al calentamiento global con sus flatulencias y estiércol (fermentación entérica), pero por el momento nadie en sus cabales se plantea aplicarles las condiciones del protocolo de Kyoto.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). pretende ayudar a que las familias mexicanas ahorren energía, gasten menos dinero en electricidad y cuenten con nuevos aparatos. No hay duda de que se debe hacer un uso más eficaz de los recursos energéticos del mundo en el futuro, si se quiere satisfacer la demanda creciente de energía de una población en rápido aumento e industrialización. La presión sobre los recursos limitados de combustible y los niveles crecientes de la población requieren una respuesta urgente. En la actualidad el uso de la electricidad es fundamental para realizar gran parte de nuestras actividades; gracias a este tipo de energía, tenemos una mejor calidad de vida. Con tan sólo oprimir botones con luz, calor, frío, imagen ó sonido. Su uso se vuelve indispensable, por lo que difícilmente nos detenemos a prensar acerca de su importancia y de los beneficios de utilizarla eficientemente. El ahorro de energía eléctrica es un elemento fundamental para el aprovechamiento de los recursos energéticos y su relación con la naturaleza, lo que equivale a disminuir el consumo de combustibles en la generación de electricidad y a evitar la emisión de gases contaminantes a la atmósfera. Nuestro país posee una gran cantidad de fuentes de energía. Por lo que, rara vez reflexionamos sobre el impacto ambiental que ocasiona el depender de recursos no renovables como los combustibles fósiles. Cabe mencionar que en México, la mayor parte de la generación de electricidad se realiza a través del petróleo, carbón y gas natural. Con esta acción se emite a la atmósfera una gran cantidad de gases de efecto invernadero, los cuales, provocan el calentamiento global de la tierra, cuyos efectos ya están manifestando y son devastadores, por lo que al usarla racionalmente se obtienen beneficios ambientales, además de favorecer a la economía familiar y del país. El Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica (FIDE), a través de proyectos y programas, impulsa el ahorro de energía eléctrica en los diferentes sectores que conforman la sociedad mexicana, como son la industria, el comercio, los servicios, el campo y los municipios, así como en el sector doméstico nacional, al tiempo que promueve el desarrollo de una cultura del uso racional de este fundamental energético. I.4.3. Ahorro de agua. El agua es un elemento esencial para la vida así como para el desarrollo de las sociedades humanas. Ninguna forma de vida puede existir sin ella. De la misma forma ninguna sociedad técnicamente avanzada ha prosperado sin disponer abundantemente de ella. Las primeros focos de civilización se desarrollaron en torno a fuentes importantes de agua: Egipto en torno al Nilo, las ciudades mesopotámicas en torno al Tigris y al Éufrates, la civilización china en torno al río amarillo o los olmecas (Mesoamérica, México) en un área con abundantes ríos como el Tonalá, el Coatzacoalcos y el San Juan.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). Nuestra civilización actual utiliza grandes cantidades de agua para la agricultura, para usos industriales y domésticos. Lamentablemente la disponibilidad de agua dulce empieza a ser progresivamente menor a nivel mundial. Es por ello por lo que se impone la necesidad de emplear el agua de una manera mucho más eficiente, racional y responsable para poder disponer de ella sin carencias y con respeto a las demás formas de vida. Cabe hacer una especial mención a la sequía que se desarrolló en México en 2009 y que se espera que tenga una severa incidencia en la mega urbe de la Ciudad de México. En el peor de los escenarios se teme que el agua podría virtualmente acabarse en el 2010 si no se toman medidas severas. La sequía en México está provocada por la aparición en el pacífico del fenómeno de "el niño" durante la estación de lluvias. Este fenómeno meteorológico inhibe la formación de las tormentas habituales en la estación. A este hecho se le unen varios problemas anteriores en la capital como son la gestión del agua para la ciudad, un consumo demasiado elevado por persona, unas malas canalizaciones y una elevada población de en torno a los 20 millones de habitantes. La conjunción de todos estos problemas ha llevado a esta situación de emergencia. Existen formas muy sencillas y de muy fácil asimilación que puede ayudar a un consumo responsable y a reducir enormemente la cantidad de agua empleada en el hogar. Existen también determinados dispositivos domésticos que se pueden adquirir en los comercios que ayudan a disminuir el consumo de agua en las casas manteniendo plenamente la funcionalidad. Es decir que ayudan a hacer lo mismo pero consumiendo menos agua. Por ejemplo, instalar difusores y demás elementos ahorradores de agua en los grifos de la casa. Instalar algunos de los dispositivos ahorradores de agua que existen en el mercado. Los hay de diferentes tipos: reductores o economizadores de flujo para regaderas, llaves diseñadas para bajar el consumo, mezcladoras para cocina, herrajes para escusados, aereadores, aditamentos para tuberías, etc. Observar el consumo de agua. Comparar los recibos de pago y procurar reducir el consumo. En México, el Plan Nacional de Desarrollo 2007-2012 asume como premisa básica la búsqueda del Desarrollo Humano Sustentable, es decir, que todos los mexicanos tengamos una vida digna sin comprometer el patrimonio de las generaciones futuras. De esta manera, el manejo y preservación del agua cobra un papel fundamental, dada su importancia en el bienestar social, el desarrollo económico y la preservación de la riqueza ecológica de nuestro país. La iniciativa por el agua debe promover el uso eficiente del agua y su conservación, e impulsar el desarrollo de una cultura del agua, que contribuya a lograr una gestión integrada de los recursos hídricos.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). La creación de esta iniciativa debe significar sobre todo un éxito en la voluntad de trabajar juntos, gobiernos, asociaciones, empresas y representantes de la sociedad civil, para definir las acciones de conservación y cuidado del agua. Los principios que orientan la iniciativa por el Agua y que enmarcan los objetivos son los siguientes: a) SOSTENIBILIDAD. Se concibe como aquella capaz de satisfacer las necesidades actuales sin comprometer para el futuro los recursos naturales existentes. b) ACCESIBILIDAD. Proveer el acceso de agua a toda la población. c) GARANTÍA DE LA CALIDAD DE VIDA. La iniciativa por el Agua ha de guiarse por buscar mejorar la calidad de vida de todos los mexicanos. d) INTEGRACIÓN. La iniciativa quiere integrar a todos los colectivos y agentes sociales presentes en la vida Nacional. Esta integración tiene que contar con el compromiso y trabajo colectivo para impulsar la presente iniciativa por el Agua. Además existen dos acciones muy importantes de la iniciativa. Fomentar la sustitución de aparatos ahorradores de agua a través de: 1. Desarrollar programas de comunicación y fomento con los colaboradores de las empresas para la adquisición de dispositivos ahorradores de agua para el hogar o en su caso facilitar la instalación de ferias en sus lugares de trabajo para la adquisición de estos dispositivos. 2. Instalar o haber instalado en el lugar de trabajo dispositivos ahorradores y muebles de bajo consumo en todos los servicios. La gestión sostenible del agua es una cuestión crítica para el futuro del planeta. Son numerosos los factores que hay que tener en cuenta para conseguir una gestión sostenible e integrada de los recursos hídricos: eficiencia, ordenación del territorio, participación ciudadana, normativa, tecnología, economía, control de los consumos, responsabilidad compartida… A la dificultad de interrelacionar todos estos aspectos, se une una amenaza: las consecuencias del cambio climático sobre los recursos hídricos. I.4.4. Ahorro de gas. En la época de frío el consumo de gas es mayor: es usual prender el calentador, utilizar más la estufa o esperar a que el agua del baño caliente un poco más. Sin embargo, esto representa un gasto adicional de gas que se puede reducir de manera considerable si se toman en cuenta algunos consejos.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). La Comisión Nacional para el Ahorro de Energía (CONAE), destacó que el calentador de agua es el tercer gasto más grande que se tiene en el hogar, ya que representa 13% de la cuenta. De acuerdo a la CONAE es importante saber que este tipo de aparatos tiene una duración aproximada de 10 a 15 años, pero es recomendable empezar a buscar uno nuevo entre los 7 y 8 años; ya que esto significa menores posibilidades de fuga y quema de combustible. Es bueno tener conciencia y saber que el buen uso del gas no es usarlo menos, es usarlo bien. ¿Cómo ahorrar energía? Se puede fácilmente adoptar unas medidas que harán ahorrar energía en el hogar. En la calefacción. Dejar entrar los rayos de sol en casa. Si la calefacción es individual, establecer una temperatura de confort, mediante el termostato y el reloj programador de encendido/apagado. Si la calefacción es colectiva, no abrir las ventanas si se siente demasiado calor; cerrar la llave de los radiadores. No tapar los radiadores con muebles, cortinas, etc. No usar los radiadores para secar ropa. Ajustar bien las puertas y ventanas usando material aislante. Ajustar el termostato de su calefactor o caldera. En el agua caliente Hay que utilizar aparatos de gas natural, ya que con éstos se puede bajar el gasto en 30% en relación a los de tanque. Si se deja que el agua se caliente demasiado, se tendrá que mezclarla con fría en el baño, la ducha, etc. con el consiguiente derroche de energía. La mayoría de los lavavajillas pueden conectarse a la tubería de agua caliente producida por el boiler. Así se evitará calentar agua con electricidad y se ahorrará tiempo y dinero. También los lavarropas pueden conectarse al agua caliente y al agua fría, con resultados semejantes de ahorro. Cualquier tipo de ahorro de agua aunque no se trate de agua caliente, conlleva un ahorro energético, ya que el agua es impulsada hacia nuestras viviendas mediante bombas eléctricas que consumen energía.

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Figura I.1 Calentador Solar.

I.5. Rendimiento de la energía. Los esfuerzos de los ingenieros para mejorar el rendimiento de las máquinas, llevaron al físico e ingeniero militar francés Nicolás L. S. Carnot a la formulación de las leyes de la termodinámica en 1824. Éstas son leyes basadas en la experiencia pero con una importante base teórica, y son fundamentales para incrementar el rendimiento del uso que hacemos de las cada día más escasas reservas de energía de combustibles fósiles. El descubrimiento de que la energía no se crea ni se destruye debería disuadir a los inventores de máquinas de movimiento perpetuo, pero la segunda ley de la termodinámica supone un límite más complejo al rendimiento de cualquier motor de calor, ya sea una turbina o el motor de un automóvil. Por ejemplo, si en una turbina de vapor la temperatura del vapor de admisión tiene un valor Tcaliente, y la temperatura de salida de la turbina a la que ha hecho girar tiene un valor Tfrío, el rendimiento de la conversión teóricamente posible de la máquina sería muy simple:

donde T se mide en (ºK). Por esta razón, en la práctica, el rendimiento de la conversión de las grandes centrales eléctricas de vapor que funcionan con carbón o petróleo es de menos del 40%, y el de los motores de gasolina de automóviles es de menos del 20%. El resto de la energía se disipa en forma de calor, aunque en el caso de los motores de automóviles dicho calor se puede emplear para la calefacción de la cabina. El bajo rendimiento con el que generamos nuestra energía o propulsamos nuestros automóviles (una consecuencia de las leyes físicas más

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). que de la negligencia), hace pensar que los futuros adelantos en el rendimiento de la energía serán el resultado tanto de nuevos avances tecnológicos como de la reducción consciente del consumo de energía. I.5.1. Factores que mejoran el rendimiento. Todo el sistema energético del mundo desarrollado se vio seriamente afectado en 1973, cuando los productores de petróleo árabes, en respuesta a las presiones de la Guerra del Yom Kippur, cuadriplicaron el precio del petróleo hasta alcanzar los 12 dólares por barril, y redujeron en un 5% el suministro a los grandes importadores de petróleo como la Comunidad Europea y Estados Unidos (como medida de presión para que retiraran su apoyo a Israel). Más tarde, en 1979, los precios subieron aún más, y en 1980 se pagaban 40 dólares por barril, en la actualidad ha rebasado los 100 dólares. . La Comunidad Europea reaccionó poniendo en práctica una política conocida en inglés como CoCoNuke, iniciales de carbón, conservación y nuclear. Se dio prioridad a la reducción del consumo de combustibles, en especial del petróleo. Estimulada por el aumento de los precios, la gente comenzó a ahorrar energía y a utilizarla de un modo más económico, consiguiéndose a lo largo de la década de 1980 un espectacular avance en el rendimiento de la energía. Al deshacerse el cártel árabe y bajar los precios del petróleo, llegando en algunos casos a menos de diez dólares por barril, han aparecido nuevas razones para el rendimiento de la energía: motivos medioambientales, de contaminación y en especial de calentamiento global. I.6.- Generación de electricidad. En general, la creación de energía eléctrica consiste en transformar alguna clase de energía química, mecánica, térmica o luminosa, entre otras, en energía eléctrica. Para la generación industrial se recurre a instalaciones denominadas centrales eléctricas, que ejecutan alguna de las transformaciones citadas. Estas constituyen el primer escalón del sistema de suministro eléctrico. Desde que Nikola Tesla descubrió la corriente alterna y la forma de producirla en los alternadores, se ha llevado a cabo una inmensa actividad tecnológica para llevar la energía eléctrica a todos los lugares habitados del mundo, por lo que, junto a la construcción de grandes y variadas centrales eléctricas, se han construido sofisticadas redes de transporte y sistemas de distribución. La demanda de energía eléctrica de una ciudad, región o país tiene una variación a lo largo del día. Esta variación es función de muchos factores, entre los que destacan: tipos de industrias existentes en la zona y turnos que realizan en su producción, climatología extremas de frío o calor, tipo de electrodomésticos que se utilizan más frecuentemente, tipo de calentador de agua que haya instalado en los hogares, la estación del año y la hora del día en que se considera la demanda. La generación de energía eléctrica debe seguir la curva de demanda y, a medida que aumenta la potencia demandada, se debe incrementar la potencia suministrada.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). Dependiendo de la fuente primaria de energía utilizada, las centrales generadoras se clasifican en termoeléctricas, hidroeléctricas, nucleares, eólicas, solares termoeléctricas, solares fotovoltaicas y mareomotrices. La mayor parte de la energía eléctrica generada a nivel mundial proviene de los tres primeros tipos de centrales reseñados. Todas estas centrales, excepto las fotovoltaicas, tienen en común el elemento generador, constituido por un alternador, movido mediante una turbina que será distinta dependiendo del tipo de energía primaria utilizada. El rendimiento en la generación de electricidad depende en última instancia de las leyes de la termodinámica. Al incrementar la temperatura de entrada en las turbinas de gas mediante la introducción de nuevos materiales y técnicas de diseño, el rendimiento de las últimas turbinas se ha incrementado en un 42%. Si el gas caliente de salida se usa para aumentar el vapor a fin de alimentar una turbina de vapor, se forma un llamado ciclo combinado, con un rendimiento generalizado de la conversión del calor en electricidad de cerca del 60%. Las plantas de ciclo combinado que funcionan con gas están sustituyendo con rapidez a las de carbón y petróleo en todo el mundo. Un incentivo para su construcción es el menor impacto medioambiental y la reducción de la emisión de dióxido de carbono que suponen.

Figura I.2. Cogenerador de Energía.

Un modo aún más eficaz de utilizar la energía de combustibles fósiles primarios, es la construcción de sistemas de Cogeneración o de Energía y Calor Combinados (ECC). En este caso, el calor de salida de la turbina de gas o vapor e incluso de los motores diesel, se emplea para alimentar los generadores de electricidad y suministrar vapor y calor a los distintos elementos de la fábrica. Estos sistemas tienen un rendimiento global en el uso de la energía de más del 80% (ver figura I.2). Son muchas circunstancias comerciales en las que los sistemas ECC son ideales para el equilibrio electricidad / calor necesario, y su instalación supone un adelanto en costes y

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). ahorro de energía. Se sabe que existen otros tipos de turbinas 2 (Pelton, Kaplan y Francis, por ejemplo) para la generación de energía eléctrica. Existen otros tipos de turbinas para la generación de energía eléctrica, entre ellas se destacan las siguientes: I.6.1. Turbinas hidráulicas. Son aquéllas cuyo fluido de trabajo no sufre un cambio de densidad considerable a través de su paso por el rodete o por el estator; éstas son generalmente las turbinas de agua, que son las más comunes, pero igual se pueden modelar como turbinas hidráulicas a los molinos de viento o aerogeneradores. Dentro de este género suele hablarse de: I.6.1.1.- Turbinas de acción: Son aquellas en que el fluido no sufre ningún cambio de presión a través de su paso por el rodete. La presión que el fluido tiene a la entrada en la turbina se reduce hasta la presión atmosférica en la corona directriz, manteniéndose constante en todo el rodete. Su principal característica es que carecen de tubería de aspiración. La principal turbina de acción es la Pelton, cuyo flujo es tangencial. Se caracterizan por tener un número específico de revoluciones bajo (ns<=30). El distribuidor en estas turbinas se denomina inyector. I.6.1.2.- Turbinas de reacción: Son aquellas en que el fluido sí sufre un cambio de presión considerable a través de su paso por el rodete. El fluido entra en el rodete con una presión superior a la atmosférica y a la salida de éste presenta una depresión. Se caracterizan por presentar una tubería de aspiración, la cual une la salida del rodete con la zona de descarga de fluido. Estas turbinas se pueden dividir atendiendo a la configuración de los álabes. Así, existen las turbinas de álabes fijos (Francis->Flujo diagonal; Hélice->Flujo radial) y turbinas con álabes orientables (Deriaz->Flujo diagonal; Kaplan->Flujo radial). El empleo de álabes orientables permite obtener rendimientos hidráulicos mayores. El rango de aplicación (una aproximación) de las turbinas, de menor a mayor salto es: Kaplan - Francis - Pelton. El número específico de revoluciones, de menor a mayor es: Pelton-Francis-Kaplan. Cuanto mayor es el número específico de revoluciones, tanto mayor es el riesgo de cavitación3 de 2

Turbina es el nombre genérico que se da a la mayoría de las turbo-máquinas motoras. Éstas son máquinas de fluido, a través de las cuales pasa un fluido en forma continua y este le entrega su energía a través de un rodete con paletas o álabes. Es un motor rotativo que convierte en energía mecánica la energía de una corriente de agua, vapor de agua o gas. El elemento básico de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas, hélices, cuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia, de tal forma que el fluido en movimiento produce una fuerza tangencial que impulsa la rueda y la hace girar. Esta energía mecánica se transfiere a través de un eje para proporcionar el movimiento de una máquina, un compresor, un generador eléctrico o una hélice. Las turbinas constan de una o dos ruedas con paletas, denominadas rotor y estator, siendo la primera la que, impulsada por el fluido, arrastra el eje en el que se obtiene el movimiento de rotación. El término turbina suele aplicarse también, por ser el componente principal, al conjunto de varias turbinas conectadas a un generador para la obtención de energía eléctrica. 3 La cavitación o aspiración en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido a la conservación de la constante de Bernoulli (Principio de Bernoulli). Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan (el vapor regresa al estado

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). la turbina, es decir, una turbina Kaplan tiene más probabilidad de que se dé en ella el fenómeno de la cavitación que en una Francis o una Pelton.

Figura I.3. Turbina Kaplan.

Figura I.4. Rotor de una turbina Pelton.

I.6.2. Turbinas térmicas. Son aquéllas cuyo fluido de trabajo sufre un cambio de densidad considerable a través de su paso por la máquina. Estas se suelen clasificar en dos subconjuntos distintos debido a sus diferencias fundamentales de diseño: I.6.2.1.- Turbinas a vapor: su fluido de trabajo puede sufrir un cambio de fase durante su paso por el rodete; este es el caso de las turbinas a mercurio, que fueron populares en algún momento, y el de las turbinas a vapor de agua, que son las más comunes. I.6.2.2.- Turbinas a gas: En este tipo de turbinas no se espera un cambio de fase del fluido durante su paso por el rodete. líquido de manera súbita, «aplastándose» bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). También al hablar de turbinas térmicas, suele hablarse de los siguientes subgrupos: I.6.2.3.- Turbinas a acción: en este tipo de turbinas el salto entálpico 4 ocurre sólo en el estator, dándose la transferencia de energía sólo por acción del cambio de velocidad del fluido. I.6.2.4.- Turbinas a reacción: el salto entálpico se realiza tanto en el rodete como en el estator, o posiblemente, sólo en rotor. Igual de común es clasificar las turbinas por la presión existente en ellas en relación a otras turbinas dispuestas en el mismo grupo: I.6.2.5.- Turbinas de alta presión: son las más pequeñas de entre todas las etapas y son las primeras por donde entra el fluido de trabajo a la turbina. 1.6.2.6.- Turbinas de baja presión: Son las últimas de entre todas las etapas, son las más largas y ya no pueden ser más modeladas por la descripción euleriana5 de las turbomáquinas. I.6.3. Turbinas eólicas. Una turbina eólica es un mecanismo que transforma la energía del viento en otra forma de energía útil como mecánica o eléctrica. La energía cinética del viento es transformada en energía mecánica por medio de la rotación de un eje. Esta energía mecánica puede ser aprovechada para moler, como ocurría en los antiguos molinos de viento, o para bombear agua, como en el caso del molino multipala. La energía mecánica puede ser transformada en eléctrica mediante un generador eléctrico (un alternador o, un dinamo). La energía eléctrica generada se puede almacenar en baterías o utilizarse directamente. I.6.4. Turbinas submarinas. Una Turbina Submarina es un dispositivo mecánico que convierte la energía de las Corrientes Submarinas en energía eléctrica. Consiste en aprovechar la energía cinética de las Corrientes Submarinas, fijando al fondo submarino turbinas montadas sobre torres prefabricadas para que puedan rotar en busca de las corrientes submarinas, ya que la velocidad de las corrientes submarinas varía a lo largo de un año, se han de ubicar en los lugares más propicios en donde la velocidad de las corrientes varían entre 3 km/h y 10 km/h para implantar Centrales turbínicas preferentemente en profundidades lo más someras posibles y que no dañen ningún ecosistema submarino. Las turbinas tendrían una malla de protección que impediría la absorción de animales acuáticos.

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El cambio o salto entálpico o expansión. Es una magnitud termodinámica, simbolizada con la letra H, cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, o sea, la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno. Usualmente la entalpía se mide, dentro del Sistema Internacional de Unidades, en julios. 5 El intercambio energético dado en el paso del fluido de trabajo por el seno del rodete de una turbomáquina, se conoce como teoría euleriana.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). I.7. ¿Cómo lograr el ahorro de energía? Cogeneración de energía. La cogeneración es el procedimiento mediante el cual se obtiene simultáneamente energía eléctrica y energía térmica útil (vapor, agua caliente sanitaria). Si además se produce frío (hielo, agua fría, aire frío, por ejemplo) se llama Trigeneración. Los sistemas de cogeneración reciclan la energía perdida en el proceso primario de generación en un proceso secundario (en este caso, una turbina de gas). La energía restante se emplea —en este caso en forma de vapor— directamente en las cercanías de la central (por ejemplo, para calentar edificios), lo que aumenta aún más la eficiencia global del sistema. I.7.1. Cogeneración con Turbinas de Vapor. En esta configuración la energía mecánica es producida en una turbina, acoplada a un generador eléctrico, mediante la expansión de vapor de alta presión generado en una caldera convencional. En este sistema la eficiencia global es del orden del 85 al 90% y la eléctrica del 20 al 25%. Las turbinas de vapor se dividen en tres tipos: a contrapresión, a extracción y a condensación. En las turbinas de contrapresión la principal característica es que el vapor, cuando sale de la turbina, se envía directamente al proceso sin necesidad de contar con un condensador y equipo periférico, como torres de enfriamiento. En la turbina de extracción/condensación, una parte del vapor puede extraerse en uno o varios puntos de la turbina antes de la salida al condensador, obteniendo así, vapor a proceso a varias presiones, mientras que el resto del vapor se expande hasta la salida al condensador. Estos sistemas se aplican principalmente en aquellas instalaciones en las que la necesidad de energía térmica respecto a la eléctrica es de 4 a 1 o mayor. I.7.2. Cogeneración con Turbinas de Gas. En este arreglo un compresor alimenta aire a alta presión a una cámara de combustión en la que se inyecta el combustible, que al quemarse generará gases a alta temperatura y presión, que a su vez, alimentan a la turbina donde se expanden generando energía mecánica que se transforma en energía eléctrica a través de un generador acoplado a la flecha de la turbina. Los gases de escape tienen una temperatura que va de 500 a 650 °C. Estos gases son relativamente limpios y por lo tanto se pueden aplicar directamente a procesos de secado, o pueden ser aprovechados para procesos de combustión posteriores, ya que tienen un contenido de oxígeno de alrededor del 15%. Debido a su alta temperatura, estos gases suelen ser empleados a su vez, para producir vapor, que se utiliza en los procesos industriales e inclusive,

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). como veremos más adelante para generar más energía eléctrica por medio de una turbina de vapor. La cogeneración con turbina de gas resulta muy adecuada para los procesos en los que se requiere de una gran cantidad de energía térmica, o en relaciones de calor/electricidad mayores a 2. I.7.3. Cogeneración con Ciclo Combinado. Este sistema se caracteriza porque emplea una turbina de gas y una turbina de vapor. En este sistema los gases producidos en la combustión de la turbina de gas, se emplean para producir vapor a alta presión mediante una caldera de recuperación, para posteriormente alimentar la turbina de vapor, sea de contrapresión o extracción-condensación y producir por segunda vez energía eléctrica, utilizando el vapor a la salida de la turbina o de las extracciones para los procesos de que se trate. El ciclo combinado se aplica en procesos donde la razón electricidad/calor es mayor a 6. I.7.4. Cogeneración con Motor Alternativo. El motor alternativo genera la mayor cantidad de energía eléctrica por unidad de combustible consumido, del 34 al 41%, aunque los gases residuales son a baja temperatura, entre 200 y 250 °C. Sin embargo, en aquellos procesos en los que se puede adaptar, la eficiencia de cogeneración alcanza valores similares a los de las turbinas de gas (85%). Con los gases residuales se puede producir vapor de baja presión (de 10 a 15 kg/cm2) o agua caliente de 80 a 100 °C. I.7.5. Cogeneración con microturbinas. Las microturbinas difieren substancialmente de la mayoría de los métodos tradicionales de generación de energía eléctrica usados en la industria, con emisiones sumamente bajas, y que resultan particularmente útiles en muchísimas aplicaciones industriales y comerciales. Una microturbina es esencialmente una planta de poder miniatura, autocontenida, que genera energía eléctrica y calorífica en rangos desde 30kW hasta 1.2MW en paquetes múltiples (multipacks). Tiene una sola parte móvil, sin cajas de engranes, bombas u otros subsistemas, y no utiliza lubricantes, aceites o líquidos enfriantes. Estos equipos pueden usar varios tipos de combustibles tanto líquidos como gaseosos, incluyendo gas amargo de pozos petroleros con un contenido amargo de hasta 7%, gas metano, gases de bajo poder calorífico (tan bajo como 350 BTU) emanados de digestores de rellenos sanitarios. Uno de los usos más prácticos y eficientes de la microturbina está en la cogeneración. Cogeneración, utilizando ambas formas de energía simultáneamente, energía eléctrica y calor, implica precisamente maximizar el uso del combustible con eficiencias del sistema entre 70-80%. Empresas comerciales, pequeñas industrias, hoteles, restaurantes, clínicas, centros de salud, y una multitud de otras aplicaciones pueden combinar sus necesidades de electricidad y energía térmica mediante el uso de microturbinas como sistemas de cogeneración que anteriormente era difícil de lograr.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). Tecnología de cogeneración

Turbina de vapor Turbina de gas sin post-combustión. Turbina de gas con post-combustión. Ciclo combinado 6 Motor reciprocante (aprovechando calor de gases de combustión y calor del sistema de enfriamiento) Motor reciprocante (aprovechando calor de gases de combustión y calor del sistema de enfriamiento) Microturbina

Eficiencia Eléctrica (%) 33 38 38 57 40

Eficiencia Térmica (%) 52 47 42 33 30

40

20

30

50

I.8. Métodos para un ahorro de energía eficaz. El ahorro de energía mediante el aumento de la eficacia en su manipulación se puede lograr, por lo que respecta a la parte del suministro, a través de avances tecnológicos en la producción de electricidad, mejora de los procesos en las refinerías y otros. En cambio, por lo que respecta a la parte de la demanda (la energía empleada para calefacción de edificios, aparatos eléctricos, iluminación...), se ha descuidado en relación con la parte del suministro, existiendo un margen amplio para su mejora. En Europa occidental el 40% del consumo final de energía se destina al sector doméstico, un 25% a la industria y un 30% al transporte. Dentro de los métodos sugeridos para México, con el objetivo de ahorrar energía se proponen los siguientes: utilizar lámparas ahorradoras, cambio de los sistemas de refrigeración con más de 10 años, cambio del cableado eléctrico con más de 10 años de uso, uso de gas natural en lugar de gas LP, etcétera. Con el uso de estos aditamentos, es posible comenzar a ahorrar un 30% de energía. Sin embargo, es un proyecto a largo plazo, ya que el reemplazo de componentes, sistemas y dispositivos, requieren de una inversión inicial que la mayoría de la gente en México, no puede hacer de manera inmediata. Otro problema es el de la aplicación de diferentes tarifas en el territorio nacional, ya que esto motiva que donde la tarifa es baja se desperdicie el recurso; mientras que en las zonas donde es más costoso el servicio de fluido eléctrico, se haga uso racional de él, por lo que se tiene que modificar la cultura en los hábitos de consumo; amén de una tarifa única para todo el país, tanto en el consumo residencial como en el industrial y comercial. I.8.1. Sector de edificios domésticos y comerciales. Más o menos la mitad de la energía consumida en Europa occidental se destina a edificios. Con la tecnología moderna para ahorro de energía, el consumo se puede llegar a 6

El motor o compresor reciprocante (también denominado recíproco, alternativo o de desplazamiento positivo), es un tipo de compresor de gas que logra comprimir un volumen de gas en un cilindro cerrado, volumen que posteriormente es reducido mediante una acción de desplazamiento mecánico del pistón dentro del cilindro.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). reducir un 20% en un periodo de cinco años. Se debe estimular la construcción de diseños con buen aislamiento, el uso eficaz de la energía en la iluminación, la instalación de sistemas de control de energía y la de aparatos modernos y eficaces para calefacción, aire acondicionado, cocinas y refrigeración. Las etiquetas en los aparatos con información sobre la eficacia de su funcionamiento ayudan a elegir el sistema más adecuado. Los progresos en el sector doméstico son lentos para mejorar las técnicas de ahorro de energía en el periodo de construcción. Se debe alentar la instalación de sistemas eficaces de iluminación y aislamiento. Cada vez tienen lugar más renovaciones de edificios comerciales e industriales que deberían incluir medidas de ahorro de energía. I.8.2. Sector industrial. El ahorro de electricidad se puede conseguir mediante sistemas avanzados de control de potencia, la instalación de motores eléctricos modernos para ventiladores, bombas, mecanismos de transmisión..., y la instalación de equipos de iluminación de alta eficiencia; también se debe evitar la penalización que supone el uso de energía en momentos de máximo costo. El rendimiento de las calderas y hornos se puede mejorar en gran medida mediante un ajuste y control cuidadosos de los niveles de combustión de aire en exceso. La recuperación del calor desechado a través de intercambiadores, bombas de calor y ruedas térmicas es un buen método para mejorar el ahorro energético. Las innovaciones en los sistemas de vapor y condensación pueden aportar también un ahorro sustancial. La conservación de la energía sólo se puede conseguir si se introduce un plan de gestión de la energía con un seguimiento riguroso y metas de progreso. La motivación de la mano de obra es esencial y sólo es posible si existe un compromiso abierto al más alto nivel. La mejora en la conservación de la energía es un problema tanto psicológico, como técnico y financiero. I.8.3. Transporte. El transporte es el sector más contaminante de todos, ocasionando más dióxido de carbono que la generación de electricidad o la destrucción de los bosques. En la actualidad hay en el mundo 500 millones de vehículos y en Europa occidental se calcula que su número se duplicará en el año 2020. En los países en desarrollo el crecimiento será incluso más rápido. A pesar de que el rendimiento de los motores de los vehículos se ha mejorado mucho mediante sistemas de control de la ignición y el uso de motores diesel, la tendencia sigue siendo la fabricación de vehículos con prestaciones muy superiores a las que permiten las carreteras. La congestión y la contaminación están estimulando la aparición de movimientos en favor de la tracción eléctrica y de la extensión del transporte público.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). I.9. El ahorro de energía en una casa. La casa es por definición, el ámbito de lo privado. El lugar donde se cumplen algunas de las aspiraciones más profundas del ser humano, ligadas con la idea de la supervivencia, de la intimidad y del refugio. La casa puede suponer la protección física de las personas o de las cosas, la protección del descanso, del ocio o de la convivencia. Pero, por encima de todo, la casa representa, desde sus orígenes, el lugar de protección del fuego. Un fuego elemental que hay que conservar y al que hace referencia la misma expresión de "hogar". Un fuego en torno al cual los seres humanos se calientan, cocinan los alimentos y se iluminan por la noche... un consumo de energía necesario para la vida. Consumir energía es sinónimo de actividad, de transformación y de progreso, siempre que ese consumo esté ajustado a nuestras necesidades y trate de aprovechar al máximo las posibilidades contenidas en la energía. Desde las necesidades más básicas y primitivas (calentarse con una hoguera o cocinar los alimentos), a las más modernas y sofisticadas (conservar esos mismos alimentos durante varios meses o enviar mensajes por escrito a través de un fax), la mejora de las condiciones de vida de los hombres o de su nivel de bienestar han exigido siempre disponer de un excedente de energía que pudiese ser consumido. El consumo de energía, también en el hogar, es por tanto sinónimo de progreso, de aumento de la infraestructura, los bienes y servicios disponibles y de la satisfacción de las necesidades. Un principio esencial para el ahorro de energía consiste en conocer cómo funcionan los equipos y aparatos en el hogar, los diferentes tipos de energía que consumen y el distinto aprovechamiento que podemos obtener de ellos (ver Anexo). Es importante tener en cuenta que la trascendencia y la complejidad que hoy en día supone el consumo de energía en el interior de los hogares, no sólo no están reñidas sino todo lo contrario, con la posibilidad de hacer un buen uso de esta energía y utilizarla con la mayor eficiencia (energía eléctrica, agua y gas).

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CAPÍTULO II. CONCEPTOS GENERALES SOBRE CASAS AUTOMATIZADAS, (DOMÓTICA). II.1. Concepto de Domótica. El hombre en su constante búsqueda de bienestar ha procurado para sí y para los suyos lugares que cumplan con ciertas reglas básicas de comodidad y seguridad, obteniendo así hogares agradables y a la vez funcionales. El concepto de hogar inteligente puede encontrarse tácito en la simple concepción de un lugar para la convivencia y recogimiento de las familias, pues han sido dispuestos de manera que protejan a sus habitantes de los fenómenos naturales que pueden de alguna manera afectar su integridad y la de los objetos, que con poco o demasiado esfuerzo se han conseguido; es así como un igloo puede ser un hogar inteligente ya que ha sido construido como la mejor forma de aislar el frío, o los hogares que se construyen sobre plataformas para evitar el contacto con la humedad, también se amplía este concepto con la distinción de los espacios en los cuales ya no se involucran las áreas sociales tales como la sala y el comedor, con las áreas privadas, habitaciones, baños; antes nuestros antepasados no distinguían estos espacios y convivían abiertamente en lugares donde la cocina y el lugar de dormir se confundían entre el humo y los olores, y era normal encontrarse al mismo tiempo situado en el comedor y el patio de ropas. Para hacer los hogares más funcionales se incorporan conceptos de división espacio-temporales que permiten hacer una distinción adecuada de las diferentes zonas y así crear para cada una de éstas, accesorios que ayuden en esas labores diarias que proporcionan el bienestar que se busca. Dentro de esta idea surgen entonces las diferentes máquinas que de una u otra manera solucionan tareas básicas que antes demandaban demasiado esfuerzo, ya fuera individual o colectivo, aparecen así los electrodomésticos que se conciben como un lujo y luego una necesidad en todos los hogares. Se genera así una demanda de diferentes artículos como neveras, lavadoras, estufas, lámparas y otros que producen beneficios directos a quienes las utilizan, sin embargo, traen consigo las desventajas surgidas de su funcionamiento tales como la negligente intervención humana, los fenómenos eléctricos, el gasto de energía y los diferentes aspectos de seguridad que no siempre son previsibles por los fabricantes. Los diferentes elementos encontrados en un hogar buscan el mejor aprovechamiento de los recursos de los cuales allí se dispone, tales como el agua, la luz, el gas, el teléfono y a la vez dar comodidad a quienes los usan, por esto deben ser manejados de forma correcta y no demandar demasiada

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). atención en los hogares que actualmente no cuentan con la prestación de servicios de atención las veinticuatro horas. Es por esto que se ha desarrollado un nuevo concepto en el cual el hogar adquiere la funcionalidad que la vida moderna exige, convirtiéndose en una red que permite la gestión de todas las funciones del hogar y de sus diferentes elementos. La automatización1 de estos elementos es la que da origen a la Domótica, palabra que proviene del latín domus que significa casa y del término informática, siendo así el conjunto de instalaciones que automatizan una vivienda, sin embargo para dar una visión más amplia de lo que es la Domótica puede definirse como “la adopción, integración y aplicación de las nuevas tecnologías informáticas y comunicativas al hogar. Incluye principalmente el uso de electricidad, dispositivos electrónicos, sistemas informáticos y diferentes dispositivos de telecomunicaciones, incorporando la telefonía móvil e Internet”. II.2. ¿Qué es la Domótica? El término Domótica proviene de la unión de las palabras domus (que significa casa en latín) y tica (de automática, palabra en griego, 'que funciona por sí sola'). Se entiende por Domótica al conjunto de sistemas capaces de automatizar una vivienda, aportando servicios de gestión energética, seguridad, bienestar y comunicación, y que pueden estar integrados por medio de redes interiores y exteriores de comunicación, cableadas o inalámbricas, y cuyo control goza de cierta ubicuidad, desde dentro y fuera del hogar. Se podría definir como la integración de la tecnología en el diseño inteligente de un recinto. La palabra Domótica está siendo una de las expresiones que más se relacionan con el progreso en los últimos años, sin embargo este concepto no es del todo cierto. El concepto de Domótica, sí es relativamente reciente, sin embargo no es la tecnología que este concepto conlleva lo que es reciente (salvo algunas excepciones), sino la aplicación de dicha tecnología que ésta palabra lleva en su significado. Aplicación de la tecnología y la automática a la vida doméstica. La Domótica controla y automatiza la gestión inteligente de la vivienda. Aporta confort, comunicación y seguridad, además de gestionar eficientemente el uso de la energía, favoreciendo el ahorro de agua, electricidad y combustibles. Mediante la incorporación de sistemas domóticos en el hogar, se podrá gestionar inteligentemente la iluminación, climatización, agua caliente sanitaria, el riego, los electrodomésticos, etc., aprovechando mejor los recursos naturales, utilizando las tarifas horarias de menor coste si existieran, y de esta 1

Técnica que trata de sustituir en un proceso el operador humano por dispositivos mecánicos o electrónicos.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). manera reducir la factura energética mientras se gana en confort y seguridad (véase la figura II.1). Además, mediante el uso de un sistema de monitorización de consumos, se podrá ser consciente del consumo energético del hogar. Esta funcionalidad de la Domótica aporta la información necesaria para modificar los hábitos e incrementar el ahorro y eficiencia.

Figura II.1. Los sistemas Domóticos ayudan a ahorrar electricidad, combustibles y agua.

Desde un punto de vista social, el ahorro y la eficiencia energética no sólo aseguran el abastecimiento energético y mejoran el medio ambiente, sino que también podrían ayudar a incrementar la competitividad del sector industrial, beneficiando el aumento del Producto Interior Bruto del país. II.3. ¿De qué se encarga la Domótica? Las principales áreas socio-técnicas y funciones que satisfacen los sistemas Domóticos son:

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Figura II.2 Campos de la Domótica.

II.3.1. Gestión energética. Conexión de dispositivos de calefacción y aire acondicionado según criterios de ahorro y confort, control de toldos, persianas, cortinas y ventanas para aprovechamiento de las energías naturales, control de alumbrados, racionalización de cargas eléctricas... El sistema se puede adecuar para que a determinadas horas ponga en funcionamiento algún tipo de elemento o que encienda o apague las luces según se crea necesario, de esta forma habrá un aumento de ahorro eléctrico; por ejemplo: si se sale de la vivienda y se desea que al regreso que la vivienda esté con una temperatura agradable, ya no es necesario que al salir se deje la calefacción funcionando, sólo se necesitaría realizar una llamada telefónica antes del regreso para poner en marcha la calefacción. Aplicaciones en el ámbito del ahorro energético: Programación y zonificación de la climatización. Racionalización de cargas eléctricas: desconexión de equipos de uso no prioritario en función del consumo eléctrico en un momento dado. Reduce la potencia contratada. Gestión de tarifas (si aplica), derivando el funcionamiento de algunos aparatos a horas de tarifa reducida. II.3.2. Seguridad. Vigilancia automática de personas y bienes, e incidencias y averías, así como alarmas de intrusión, cierre automático de todas las aberturas, simulación dinámica de presencia, fachadas dinámicas, cámaras de vigilancia, alarmas personales, alarmas técnicas de incendio, humo, agua, gas, fallo del suministro eléctrico… Mediante el sistema se podrán realizar simulaciones de presencia en la vivienda, así como si se provee de detectores de intrusión, movimiento, fuga de agua entre otros, el sistema mediante una centralita puede dar aviso a una central de alarmas o bien a teléfonos particulares programados en caso de que haya una intrusión, o alguna avería técnica en la vivienda, además de poder conocer el estado de la vivienda desde cualquier lugar del mundo. La seguridad que nos proporciona un sistema domótico es más amplia que la que nos puede proporcionar cualquier otro sistema, pues integra tres campos de la seguridad que normalmente están controlados por distintos sistemas:

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). Seguridad de los bienes: Gestión del control de acceso y control de presencia, así como la simulación de presencia y detección de un posible intruso. Cerrado de puertas y persianas puntual y seguro. Seguridad de las personas: Especialmente, para las personas mayores y los enfermos. Mediante el nodo telefónico, se puede tener acceso (mediante un pulsador radiofrecuencia que se lleve encima, por ejemplo) a los servicios de ADT®, la policía, etcétera. Alerta médica y teleasistencia Incidentes y averías: Mediante sensores, se pueden detectar los conatos de incendios y las fugas de gas y agua, y, mediante el nodo telefónico, desviar la alarma hacia los bomberos, por ejemplo. II.3.3. Confort. Abrir, cerrar, apagar, encender, regular… dispositivos y actividades domésticas (iluminación, climatización, persianas, toldos, cortinas, puertas, ventanas, cerraduras, riego, electrodomésticos, suministro de agua, gas, electricidad…). Mediante la administración de estos dispositivos se podrá actuar sobre ellos desde sus propios pulsadores o si se prefiere para mayor comodidad, mediante mandos a distancia se podrá controlar todos los dispositivos ya sea luces, persianas o bien electrodomésticos desde un mismo sitio, además según el mando de elección, puede ser configurarlo de tal forma que con un solo mando se pueda por ejemplo, controlar el sistema de luces de encendido, apagado o manejar la intensidad de dicha luz y que este mismo mando sirva para actuar sobre el televisor para cambiar los canales o actuar sobre el DVD sin necesidad de cambiar de mando. La Domótica nos proporciona una serie de comodidades, como pueden ser el control automático de los servicios de: Iluminación. Apagado general de todas las luces de la vivienda. Automatización del apagado/ encendido en cada punto de luz. Regulación de la iluminación según el nivel de luminosidad ambiente. Automatización de todos los distintos sistemas/ instalaciones / equipos dotándolos de control eficiente y de fácil manejo. Integración del portero al teléfono, o del videoportero al televisor. Calefacción. Refrigeración. Agua caliente. Gestión de elementos como accesos, persianas, toldos, ventanas, riego automático, etcétera. II.3.4. Comunicaciones. Control y supervisión remoto de la vivienda a través de su teléfono, PDA, PC…, transmisión de voz y datos, incluyendo textos, imágenes, sonidos (multimedia) con redes locales (LAN) y compartiendo acceso a Internet; recursos e intercambio entre todos los dispositivos, acceso a nuevos servicios de telefonía IP, televisión digital, por cable, diagnóstico remoto, videoconferencias… La Domótica tiene una característica fundamental, que es la integración de sistemas, por eso hay nodos que interconectan la red Domótica con diferentes dispositivos como la red telefónica, el videoportero, etcétera.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). Como nueva tecnología, las redes Domóticas están preparadas para la conexión a servicios como por ejemplo la TV por satélite, servicios avanzados de telefonía, telecompra, etcétera. Aplicaciones en el ámbito de las comunicaciones: Control remoto. Transmisión de alarmas. Intercomunicaciones. II.4. Estado actual de la Domótica. El sector de la Domótica ha evolucionado considerablemente en los últimos años, y en la actualidad ofrece una oferta más consolidada. Hoy en día, la Domótica aporta soluciones dirigidas a todo tipo de viviendas, incluidas las construcciones de interés social. Además, se ofrecen más funcionalidades por menos dinero, más variedad de producto, y gracias a la evolución tecnológica, son más fáciles de usar y de instalar. En definitiva, la oferta es mejor y de mayor calidad, y su utilización es ahora más intuitiva y perfectamente manejable por cualquier usuario. Paralelamente, los instaladores de Domótica han incrementado su nivel de formación y los modelos de implantación se han perfeccionado. II.4.1. Los Estados Unidos de América. Su orientación es hacia el hogar interactivo (intercomunicado), con servicios como tele-trabajo, teleenseñanza, etcétera. Ha sido el primer país en promover y realizar un estándar para el hogar demótico: el CEBus® (Consumer Electronic Bus), al que se han adherido más de 17 fabricantes estadounidenses, entre otros: AT&T®, Johnson®, Tandy®, Panasonic®. En 1984 se lanzó el Proyecto "Smart House", originado por la Asociación Nacional de Constructores (NAHB: National Association of Home Builders). El principio esencial de "Smart House" era la utilización de un cable unificado que sustituyera a los distintos sistemas que pueden existir en una vivienda actual: electricidad, antenas, periféricos de audio-video, teléfono, informática, alarmas, etcétera. La estrategia de mercado de la Domótica, se ha desarrollado en varias fases: inicialmente, las Casas-Laboratorio (2 en la ciudad de Washington), con posterioridad las Casas-Prototipo (15 en distintos estados) y, en último término, las Casas de Demostración (100, repartidas por todo el país). El precio medio de la Domótica incorporada a estas viviendas representaba en torno al 2% del coste total de la casa. II.4.2. Japón. En Japón, los estudios oficiales hablan de un mercado domótico de 140 mil millones de pesetas en la actualidad, cifra que se elevará a 540 mil millones dentro de 10 años.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). Según datos de 1990, se estima que las instalaciones Domóticas sobrepasan la cifra de 600,000, y para fin de siglo, se provee que funcionen en ese país ocho millones de instalaciones Domóticas. En la actualidad la orientación japonesa no es hacia el hogar interactivo (como Estados Unidos), sino hacia el hogar automatizado. La tendencia es incorporar el máximo número de aparatos electrónicos de consumo (equipos de audio, vídeo, TV, fax, etcétera), pero sin conexión exterior. La asociación más activa en Japón es la EIAJ (Electronic Industries Association of Japan), con su proyecto de bus (Home Bus System). En el principal proyecto de demostración, se realizó una proyección sociológica en el tiempo, es decir, que la casa fue preparada para simular el modo de vida de la próxima generación. Esto produjo cierto rechazo popular en un país con evoluciones sociológicas tan lentas. II.4.3. Europa. En Europa, las iniciativas Domóticas empezaron en el año 1984. Dentro del Programa Eureka, seis empresas europeas iniciaron el primer proyecto IHS (Integrated Home System) que fue desarrollado con intensidad en los años 87-88, y que dió lugar al programa actual ESPRIT (European Scientific Programme for Research & Development in Information Technology), con el objetivo de continuar los trabajos iniciados bajo el Eureka. El objetivo final es definir una norma de integración de los sistemas electrónicos domésticos y analizar cuáles son los campos de aplicación de un sistema de estas características. De este modo se pretende obtener un estándar que permita una evolución hacia las aplicaciones integradas de la vivienda. El Programa Esprit, patrocinado por la Comunidad Económica Europea, ha pasado ya por las fases I (89-90), II (91-92) y se encuentra actualmente en la fase III. A cada nueva fase del proyecto se han ido incorporando nuevas empresas y en este momento podemos decir que se encuentran representados todos los países de la UE. El desarrollo de la Domótica en Francia ha alcanzado un nivel realmente satisfactorio. Además de los esfuerzos llevados a cabo en materia de normalización, se han conseguido involucrar en este tema a asociaciones de constructores, industria eléctrica y electrónica, informática, compañías suministradoras de energía, etcétera. Hay que hacer constar que la plena comercialización de un sistema de videotexto interactivo (como es el caso del Minitel®), ha permitido el desarrollo y adaptación de muchos componentes a los sistemas demóticos. En Francia, se han ido realizando importantes aportaciones prácticas (La Casa Lyon Panorama o El Proyecto HD2000). En España, la iniciativa más importante la están realizando las empresas eléctricas, que vienen participando en acciones de investigación, promoción y

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). desarrollo de las viviendas Domóticas y, que tiene como finalidad dar a conocer las características y el modo de funcionamiento de los elementos que conforman un sistema demótico, en esta línea de información y difusión se han llevado a cabo diversas iniciativas y procesos de colaboración que a continuación se enumeran: Vivienda de demostración de Hidroeléctrica de Cataluña, en Premiá de Mar. Participación en el Proyecto DOMOS. Asistencia a ferias: FIDMA 90 (Asturias). MATELEC 90 (Madrid). CONSTRUMAT 91 (Barcelona). REHABITEC 92 (Barcelona). MATELEC 92 (Madrid). CONSTRUMAT 93 (Barcelona). Reuniones debate sobre Domótica: Participación en el proyecto y ejecución de 8 viviendas unifamiliares Domóticas/todo eléctrico situadas en Malla (Vic). Seguimiento del consumo de las viviendas unifamiliares de Malla, para evaluar el ahorro energético y económico correspondiente a la implantación de la Domótica. Creación y participación en el CEDOM (Comité Español para el desarrollo de la gestión técnica de edificios y la Domótica). Exposición monográfica de Domótica en los locales del centro informativo de ADAE Cataluña. Premios "DOMÓTICA Y ELECTRICIDAD", entregados en el marco del certamen CONSTRUMAT 93 a las tres mejores viviendas Domóticas / todo eléctrico de Cataluña. Cursos de formación para profesores de formación profesional, conjuntamente con el Ministerio de Educación y de Ciencia. Cursos de Domótica a los profesionales relacionados con la construcción (arquitectos, aparejadores, instaladores, etcétera). II.4.4. México. Aún el desarrollo de la Domótica está limitada, sobre todo por cuestiones económicas. Ya que la instalación de los equipos y sistemas que se requieren, es de costos elevados. En la actualidad, sólo algunas desarrolladoras de casas-habitación utilizan esta tecnología. Estas constructoras se encuentran en la periferia del Valle de México (Interlomas, Metepec, la zona residencial de Naucalpan, Atizapan y Tlanepantla; en el Valle de Toluca), donde las casas que se comercializan con esta tecnología oscilan entre los $2,000,000 y los $5,000,000 de pesos, y las variantes son: la superficie del terreno, la superficie construida y la cantidad de sistemas y servicios que se deben cubrir. Habrá que esperar que se haga comercial la Domótica en México, y que a mayor demanda, la oferta ayude a disminuir los costos. Mientras tanto, hay que tener paciencia. Por lo pronto la tendencia ha sido en la instalación de sistemas solares para el calentamiento de agua por ejemplo, la Asociación civil “Procobre Centro Mexicano de Promoción del

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). Cobre” ha promovido la instalación de este tipo de sistemas en viviendas de interés social como el instalado en la colonia San Pablo en Tepatitlán Jalisco. Por otro lado está el llamado Diseño Bioclimático el cual consiste en diseñar la edificación combinando tanto los materiales de construcción como los elementos del medio ambiente (como orientación y vegetación). En este sentido se busca que la construcción lleve a cabo los intercambios de energía que se requieren para lograr el confort y bienestar en los espacios interiores con bajos requerimientos de energía convencional. Se trata de evitar altos requerimientos de energía eléctrica térmica en climatización (enfrimiamiento y calefacción). II.4.4.1.- El consumo energético doméstico en México. Según el FIDE (Fideicomiso para el ahorro de energía eléctrica), una cuarta parte de la energía eléctrica nacional es consumida en el sector doméstico, donde los principales usos pueden clasificarse en dos: climatización de espacios y funcionamiento de equipos y aparatos (iluminación, refrigeración, calentamiento de agua, etcétera). Debido a muy diversas razones, ambos alcanzan año por año una mayor penetración en las viviendas del país. II.5. Funciones y Servicios del Hogar Digital. El valor real para el usuario de un Hogar Digital, además del prestigio que supone, son las funciones y los servicios que puede disfrutar. Una función es una acción que se puede implementar con un determinado equipo o un sistema. Y un servicio, con la entrada en juego de un tercer actor, esto es, una empresa que permite el acceso, mantenimiento o gestión de la función. Las funciones que se pueden controlar con los sistemas Domóticos son: encendido y apagado de luces, activación del aire acondicionado o de la calefacción según sea el caso, el control de cierre y apertura de persianas, la activación de una tina con jacuzzi, etcétera. Los servicios se refieren a los prestadores de servicios por ejemplo, la TV por cable (CABLEVISIÓN® en el caso de México), el servicio de gas natural2, la conexión a la Internet de Banda Ancha, etcétera. El Hogar Digital, evidentemente incluye muchas funciones y servicios conocidos y establecidos que han existido desde hace mucho tiempo. Sin embargo existen y se están desarrollando, un gran número de funciones y servicios que se pueden realizar o crear únicamente gracias a la integración tecnológica del Hogar Digital. Además, la integración de los sistemas permite que servicios tradicionales sean ofrecidos por nuevos actores, utilizando nuevas soluciones tecnológicas. Por ejemplo, este es el caso de los sistemas de seguridad de intrusión en la casa con detectores de movimiento y video-vigilancia. Hasta hace muy poco, estos servicios prácticamente sólo han podido ser ofrecidos por empresas homologadas de seguridad, debido a la alta especialización técnica que exigían dichos sistemas. Pero ahora pueden ser ofrecidos por Proveedores de Servicios, utilizando tecnologías como Internet, mucho más 2

El gas natural se obtiene tal y como se encuentra en la naturaleza. Su composición incluye diversos hidrocarburos gaseosos, principalmente metano. Para el hogar se distribuye a través de tuberías.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). “universal” y asequible. O el mismo usuario, puede gestionar estas funcionalidades por su cuenta.

II.6. Contribución de la Domótica al ahorro y la eficiencia energética. El creciente consumo de energía y la limitación de los recursos energéticos generan efectos negativos en el medio ambiente que se reflejan en dos aspectos: Económico: los precios de la energía tienden a subir, por lo que un control del consumo energético incrementa significativamente el ahorro para el usuario. Ecológico: el usuario puede disminuir el impacto negativo sobre su entorno si disminuye su consumo de energía. La Domótica gestiona elementos de control que contribuyen al ahorro de agua, electricidad y combustibles (véase la figura II.3), notándose sus efectos tanto en el aspecto económico (menos coste), como en el ecológico (menos consumo de energía).

Figura II.3 La Domótica gestiona elementos de control que contribuyen al ahorro.

II.6.1. ¿Cómo ahorrar electricidad? II.6.1.1. Iluminación. Sistemas de iluminación eficientes: adaptan el nivel de iluminación en función de la variación de la luz solar, la zona de la casa o la presencia de personas, ajustándola a las necesidades de cada momento. Por ejemplo, detectan la presencia de personas en zonas de paso, como los pasillos de la vivienda o de las zonas comunes de un edificio, y las iluminan sólo cuando es necesario. Control automático inteligente de toldos, persianas y cortinas de la vivienda: permite que se aproveche al máximo la luz solar.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). Control automático del encendido y apagado de todas las luces de la vivienda: permite evitar el dejarse luces encendidas al salir de casa. Control de forma automática del encendido y apagado de las luces exteriores en función de la luz solar. II.6.1.2. Climatización. Sistemas de regulación de la calefacción: adaptan la temperatura de la vivienda en función de la variación de la temperatura exterior, la hora del día, la zona de la casa o la presencia de personas. Control automático inteligente de toldos, persianas y cortinas de la vivienda: permite que se aproveche al máximo la energía solar. II.6.1.3. Electrodomésticos. Control o secuenciado de la puesta en marcha de electrodomésticos: programando su funcionamiento en horarios en los que el precio de la energía es menor. Detección y gestión del consumo “en espera” de los electrodomésticos. Programación de la desconexión de circuitos eléctricos no prioritarios –como por ejemplo, el del aire acondicionado–, antes de alcanzar la potencia contratada. II.6.2. ¿Cómo ahorrar combustibles? La instalación de un sistema Domótico que permita gestionar de forma inteligente la iluminación y la temperatura de una habitación de 20 mt2 ubicada en un piso con orientación sur, podría generar un ahorro energético del 26%. Un aparato de aire acondicionado que esté funcionando a una temperatura de tan sólo un grado menos de lo necesario, aumenta el gasto de energía entre un 8% y un 10%. II.6.2.1. Climatización. Sistemas de regulación de la calefacción: adaptan la temperatura de la vivienda en función de la variación de la temperatura exterior, la hora del día, la zona de la casa o la presencia de personas. Detección de la apertura y cierre de ventanas: avisan al usuario de si hay ventanas abiertas cuando está activada la climatización. II.6.2.2. Fugas de gas. Implantación de sistemas de control y regulación centralizados: permiten detectar y avisar en caso de averías como, por ejemplo, una fuga de gas, provocando un corte del suministro que evite los peligros que pudieran ocasionarse. Además, la Domótica facilita una buena gestión del mantenimiento de las instalaciones, con el consecuente ahorro económico que esto supone.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). II.6.3. ¿Cómo ahorrar agua? Un grifo inteligente que regula y elimina el agua transitoria, permite ahorrar hasta un 25%. más de agua que si se utiliza un grifo monomando. El simple goteo un grifo del lavabo supone una pérdida de 100 lt/mes de agua. II.6.3.1. Fugas de agua. Sistemas de control y regulación centralizados: detectan si se produce una inundación, dan señal de aviso, y provocan un corte del suministro. Estos sistemas además aportan información sobre comportamientos anómalos. II.6.3.2. Control del riego. Control inteligente de riego: a través de un sensor de humedad o de lluvia, detecta la humedad del suelo y de forma autónoma riega sólo cuando es necesario. II.6.3.3. Reciclaje de aguas grises. Sistemas de medición de la calidad del agua: facilitan la gestión del reciclaje de aguas grises. II.6.3.4. Griferías inteligentes. Grifos inteligentes: gestionan el caudal y la temperatura del agua.

II.7. Cálculo de emisiones de gases de efecto invernadero. Como sabemos, todos contribuimos al cambio climático que vivimos en la actualidad. En las actividades que realizamos día con día generamos gases de efecto invernadero: en el último siglo estos gases han aumentado de tal manera que están afectando el clima con consecuencias para la humanidad que antes no concebíamos posibles. El propósito de esta sección es presentar la metodología de cálculo de las emisiones de los Gases con Efecto Invernadero (GEI) que son producidos por el sector energético en México. En México se han realizado inventarios de GEI desde 1991, año en que se obtuvo el Inventario Nacional de Gases con Efecto Invernadero para el año de 1988. Los GEI comprenden al dióxido de carbono (CO 2), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx), metano (CH4), óxido nitroso (N2O) y carburos orgánicos volátiles que no son metano (NMVOC, por sus siglas en inglés) y son productos secundarios y nocivos que se obtienen de los procesos que convierten los combustibles en energía (combustión).

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). Las principales fuentes de GEI son: Fuentes Fijas (industrias, residencias, comercios, servicios públicos y transformación de energía, como la producción de electricidad). Fuentes Móviles (que incluyen todo tipo de transporte que use combustible). Los combustibles que, por su volumen y eficiencia, generan más emisiones de GEI son el petróleo crudo, gas natural y biomasa sólida (leña bagazo de caña). Cualquier esfuerzo por reducir estas emisiones es muy importante y notable si incide en estos combustibles. Situación de emisiones de GEI en México asociados al consumo de energía. La emisión de GEI tiene como componente principal el consumo o transformación de energía que, de acuerdo a la información del Instituto de Ecología, representó el 69% de las emisiones totales en el año de 1990 (SEMARNAP, 1999). Metodología y cálculo de emisiones. Los métodos de cálculo para estimar la cantidad de GEI que se producen, básicamente son dos: a) Tomando las cantidades finales del consumo de combustibles y la energía en que se transformó, esta metodología se conoce como Top-Down (de arriba hacia abajo) y únicamente requiere los datos globales independientemente de su desagregación. b) Otra alternativa para calcular los consumos de GEI es a través de los datos sobre el consumo de combustibles por sector económico, como servicios públicos, requerimientos residenciales, comerciales, agrícolas, transformación de energía y transportes. Esta metodología se denomina Bottom-Up (de abajo hacia arriba) y estima las emisiones partiendo de datos mucho más específicos que la otra metodología. Cálculos de GEI emitidos (Bottom – Up). Por lo general, estas emisiones se calculan obteniendo el consumo de combustible por sector y, de acuerdo con la tecnología, se obtienen los factores de emisión. Al obtener los datos de consumo de combustible se puede observar que hay dos grupos naturales en la clasificación. El primer conjunto contiene los sectores que consumen combustible y emiten GEI en un lugar fijo; a estas emisiones se les denomina de Fuentes Fijas. Un grupo aparte lo presentan los sectores que consumen combustibles y emiten GEI en diferentes lugares, que se conocen como emisiones de GEI de Fuentes Móviles. Fuentes Fijas. En México, las emisiones de GEI por actividades relacionadas al consumo de energía por Fuentes Estacionarias se encuentran agrupadas en los sectores industrial, residencial, comercial, público y producción de electricidad. De acuerdo con la metodología del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC), la fórmula para efectuar estas estimaciones es:

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Fs

Emisiones =

∑EF

abc

(Actividadabc) (EPA, 2003)

i=1

en donde : Actividad = Consumo de energía (GJ) EF = Factor Emisión en gramos /GigaJoule3 (g/GJ) Fs = Número de fuentes a = Tipo de combustible b = Sector energético (actividad energética) c = Tipo de tecnología Para realizar los cálculos correspondientes, México no cuenta como país con una desagregación tan específica para todos los sectores y todas las tecnologías y, al ser éstos puntos de ajuste fino que a la larga resulta muy laborioso, tardado y oneroso especificar, se decidió utilizar un promedio de los factores de emisión que sugiere la metodología de IPCC para los diferentes tipos de combustible y de tecnologías. De ahí se obtienen los factores de emisión que se utilizan en este trabajo para realizar los cálculos y que se presentan en la Tabla II.1. Combustible Bagazo de caña Leña Coque y carbón Gas Licuado Gasolina Diesel Sin Combustoleo Querosina Gas Natural

CO2 0.0 0.0 94919.0 63268.0 68604.0 73326.0 76593.0 69178.0 56251.0

CO 5000.0 4996.0 9.0 11.0 10.0 16.0 15.0 15.0 16.0

N2O 4.0 4.0 1.5 0.0 0.4 0.4 0.3 0.2 0.1

NOX 65.0 120.0 295.0 56.0 220.0 76.0 168.0 58.0 94.0

CH4 NMVOC 15.0 20.0 209.8 599.5 0.4 10.7 1.1 0.0 0.9 5.0 0.3 5.0 1.5 5.0 5.0 5.1 1.5 5.0

Tabla II.1 Factores de emisión de GEI por consumo de energía para Fuentes Móviles y Estacionarias (promedios de la metodología IPCC en gramos/Giga Joule).

En México, tres combustibles primarios proporcionan más del 90% de la energía que se consume en el país que, ordenados en forma decreciente, son: Petróleo Crudo (>60.00%), Gas Natural incluyendo condensados (>20.00%) y Biomasa (Leña/ Bagazo de caña, aprox. 10.0%). Por otro lado, lógicamente se puede observar que los combustibles producen más del 96% del CO 2 son Petróleo Crudo (> 63.00%), Gas Natural incluido el condensado (< 20.00%) y Biomasa (Leña/ Bagazo de caña) (>10.00%). De esta información salta a la vista que el mejor combustible es el Gas Natural, ya que es el que más eficientemente transforma la energía, emitiendo menos contaminantes; en caso 3

El julio o joule (símbolo J) es la unidad del Sistema Internacional para energía, trabajo y calor. Toma su nombre hispanizado en honor al físico James Prescott Joule, por lo que es también muy común utilizar la palabra joule (pronunciado yul) en lugar de julio, término que se usa en otros idiomas, como el inglés. Como unidad de trabajo, se le define como el trabajo realizado por una fuerza constante de un newton en un desplazamiento de 1 metro en la misma dirección de la fuerza.

39

AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). contrario está la biomasa que tiene una relación menor de energía aportada contra emisiones contaminantes. El CO se produce básicamente en el sector residencial/comercial /público y en las Fuentes Móviles. Se observa que la combustión de biomasa produce aproximadamente 5000 gramos de CO por Giga Joule, en tanto que el siguiente factor de emisión es 2 órdenes de magnitud menor (Diesel y Gas Natural 16 gramos de CO por Giga Joule). Si a esta información se agrega que, por combustión de biomasa, se producen aproximadamente 330 a 340 Peta Joules (OECD, 1991) se puede afirmar que el usar biomasa para producir energía es muy poco eficiente y altamente productor de GEI, principalmente en cuanto a CO. 11.7.1. Cálculo de emisiones de gases de efecto invernadero. La problemática es delicada pero afortunadamente la solución está también en nuestras manos. Respondiendo a las preguntas: ¿se podrá calcular la cantidad de bióxido de carbono que producimos? Tenemos un método indirecto sumando las cantidades de emisiones de CO2 que cada uno de nuestros electrodomésticos consumen y usando la siguiente tabla. Aparato

Potencia (Promedio) Vatios

Abrelatas Exprimidores de críticos Videocasetera o DVD Extractores de frutas y legumbres Batidora Licuadora baja potencia Licuadora mediana potencia Máquina de coser Tocadiscos de acetatos Licuadora alta potencia Bomba de agua Tostadora Radio grabadora Secadora de cabello Estéreo musical Tv color (13-17 pulg) Horno eléctrico Horno de microondas Lavadora automática Tv color (19-21 pulgadas) Aspiradora horizontal Aspiradora vertical Ventilador de mesa Ventilador de techo sin lámparas Ventilador de pedestal o torre Focos fluorescentes (8 de 15W c/u)

60.0 30.0 25.0 300.0

Tiempo de uso al día (Períodos Típicos)

Tiempo de uso al mes Horas

Consumo mensual Kilovatios-hora (Vatios/1000) x Hora

EMISIONES DE CO2 EVITADAS Kg

15 min/semana 10 min/día 3hr 4vec/sem 10 min/día

1.0 5.0 48.0 5.0

0.1 0.2 1.2 1.6

48.8 122.0 976.3 1,301.7

200.0 350.0 400.0 125.0 75.0 500.0 400.0 1,000.0 40.0 1,600.0 75.0 50.0 1,000.0 1,200.0 400.0 70.0 800.0 1,000.0 65.0 65.0

1hr 2vec/sem 10 min/día 10 min/día 2hr 2vec/sem 1 hr/día 10 min/día 20 min/día 10min.diarios 4 hrs. diarias 10 min/día 4 hrs. diarias 6 hrs. diarias 15 min/día 15 min/día 4hr 2vec/sem 6 hrs. diarias 2hr 2vec/sem 2hr 2vec/sem 8 hrs. diarias 8 hrs. diarias

8.0 5.0 5.0 16.0 30.0 5.0 10.0 5.0 120.0 5.0 120.0 180.0 10.0 10.0 32.0 180.0 16.0 16.0 240.0 240.0

1.8 2.0 2.0 2.3 2.5 4.0 5.0 5.0 8.0 9.0 9.0 10.0 12.0 13.0 13.0 13.0 13.0 16.0 16.0 16.0

1,464.4 1,627.1 1,627.1 1,871.2 2,033.9 3,254.3 4,067.9 4,067.9 6,508.6 7,322.1 7,322.1 8,135.7 9,762.8 10,576.4 10,576.4 10,576.4 10,576.4 13,017.1 13,017.1 13,017.1

70.0 120.0

8 hrs. diarias 5 hrs. diarias

240.0 150.0

17.0 18.0

13,830.7 14,644.3

180.0 30.0 24.0 240.0 120.0 120.0 180.0 240.0

22.0 23.0 24.0 30.0 30.0 36.0 45.0 60.0

17,898.5 18,712.1 19,525.7 24,407.1 24,407.1 29,288.5 36,610.7 48,814.2

CONSUMO BAJO

CONSUMO MEDIO Tv color (24-29 pulgadas) Cafetera Plancha Ventilador de piso Estación de juegos Equipo de cómputo Tv color(32-43 pulgadas) Refrigerador (11-12 pies cúbicos)

120.0 750.0 1,000.0 125.0 250.0 300.0 250.0 250.0

6 hrs. diarias 1 hr. diaria 3hr 2vec/sem 8 hrs. diarias 4 hora/día 4 hora/día 6 hrs. diarias 8 hrs/día

40

AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). Tv color (43-50 pulg. Plasma) Refrigerador(14-16 pies cúbicos) Focos incandescentes (8 de 60W c/u) Refrigerador (18-22 pies cúbicos) Secadora de ropa Congelador

360.0 290.0

6 hrs. diarias 8 hrs/día

180.0 240.0

65.0 70.0

52,882.1 56,949.9

480.0

5 hr. diarias

150.0

72.0

58,577.0

375.0

8 hrs/día

240.0

90.0

73,221.3

5,600.0 400.0

4 hrs. semana 8 hrs/día

16.0 240.0

90.0 96.0

73,221.3 78,102.7

CONSUMO ALTO Refrigerador de más de 10 años Refrigerador(25-27 pies cúbicos) Calentador de aire Aire lavado (cooler) mediano Aire lavado (cooler) grande Aparato divido (minisplit) 1 ton. Aparato divido (minisplit) 1.5 ton. Aparato divido (minisplit) 2 ton. Aparato de ventana 1 ton. nuevo Aparato de ventana 1 ton. antiguo Aparato de ventana 1.5 ton. nuevo Aparato de ventana 1.5 ton. antiguo Aparato de ventana 2 ton. nuevo Aparato de ventana 2 ton. antiguo Refrigeración central 3 ton. nuevo Refrigeración central 3 ton. antiguo Refrigeración central 4 ton. nuevo Refrigeración central 4 ton. antiguo Refrigeración central 5 ton. nuevo Refrigeración central 5 ton. antiguo

500.0

9 hrs/día

240.0

120.0

97,628.4

650.0

8 hrs/día

240.0

156.0

126,916.9

1,500.0 400.0 600.0 1,160.0

4 hrs/día 12 hrs. diarias 12 hrs. diarias 8 hrs. diarias

120.0 360.0 360.0 240.0

180.0 144.0 216.0 278.0

146,442.6 117,154.1 175,731.1 226,172.5

1,680.0

8 hrs. diarias

240.0

403.0

327,868.7

2,280.0

8 hrs. diarias

240.0

547.0

445,022.8

1,200.0

8 hrs. diarias

240.0

288.0

234,308.2

1,850.0

10 hrs. diarias

300.0

555.0

451,531.4

1,800.0

8 hrs. diarias

240.0

432.0

351,462.2

2,250.0

10 hrs. diarias

300.0

675.0

549,159.8

2,450.0

8 hrs. diarias

240.0

588.0

478,379.2

3,200.0

10 hrs. diarias

300.0

960.0

781,027.2

3,350.0

8 hrs. diarias

240.0

804.0

654,110.3

4,450.0

10 hrs. diarias

300.0

1,335.0

1,086,116.0

4,250.0

8 hrs. diarias

240.0

1,020.0

829,841.4

6,500.0

10 hrs. diarias

300.0

1,950.0

1,586,461.5

5,250.0

8 hrs. diarias

240.0

1,260.0

1,025,098.2

7,900.0

10 hrs. diarias

300.0

2,370.0

1,928,160.9

Tabla II.2 Emisiones de CO2 por aparato eléctrico

Fuente: Comisión Federal de Electricidad 1 Integración: Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico. 2 Más de 6 años y poco mantenimiento. Se incrementa el tiempo de uso. También contamos con método directo, usando las herramientas existentes para tal efecto, como por ejemplo la Calculadora Mexicana de CO2, introduciendo solamente los datos de nuestros consumos de gas LP o natural y de nuestro recibo de energía eléctrica. La Calculadora Mexicana de CO2 es una herramienta para que se pueda calcular las emisiones de CO2 que emitimos a la atmósfera en la vida cotidiana. La Calculadora Mexicana de Carbono es un proyecto interinstitucional desarrollado por el Instituto Nacional de Ecología, Pronatura México y Reforestamos México (http://www.calculatusemisiones.com).

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). 11.7.2. Estimación del uso de energía eléctrica de aparatos de línea blanca y línea café. Si se requiere intentar decidir invertir en un aparato más eficiente en el uso de energía, o si se quiere de terminar la eficiencia, su carga o el consumo de energía. Fórmula para estimar el consumo de energía. Se puede usar esta fórmula para estimar el uso de energía de algún aparato electrodoméstico: 4

(Vatios × Horas Usadas por Día) ÷ 1000 = KiloVatio-hora (kWh ) consumo diario

(1 kiloVatio (kW) = 1,000 Vatios) Multiplicar esta por el número de días que se usa el aparato durante el año, para determinar el consume anual. Se puede calcular entonces el costo anual de algún aparato multiplicando los kWh por año por el costo local por kWh consumidos.

Figura II.4 Medidor de potencia eléctrica.

Ejemplos: Ventilador de Ventana: (200 Vatios × 4 horas/día × 120 días/año) pesos/kWh = $182.40/año

÷

1000 = 96 kWh × $1.90

Computadora Personal y Monitor: (120 + 150 Vatios × 4 horas/día × 365 días/año) ÷ 1000 = 394 kWh × $1.90 pesos/kWh = $748.60/año 4

El Watt o Vatio (símbolo W), es la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades. Es el equivalente a 1 julio sobre segundo (1 J/s). Expresado en unidades utilizadas en electricidad, el vatio es la potencia eléctrica producida por una diferencia de potencial de 1 voltio y una corriente eléctrica de 1 amperio (1 VA). La potencia eléctrica de los aparatos eléctricos se expresa en vatios, si son de poca potencia, pero si son de mediana o gran potencia se expresa en kilovatios (kW) que equivale a 1000 vatios. Un kilovatio hora es una unidad de energía. Equivale a la energía consumida por una máquina de potencia de un kilovatio durante un período de tiempo de una hora. Es el producto de la Corriente por el Voltaje (V x I).

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). Usualmente se puede ver la potencia consumida de muchos aparatos estampado en la base o en la parte trasera del aparato, o en su placa de identificación. La potencia consumida listada es la potencia máxima consumida por el aparato. Debido a que muchos aparatos tienen un rango amplio de variables (por ejemplo el volumen de un radio), la cantidad actual de potencia consumida depende de la variable usada en cualquier momento. Sí la potencia consumida no está puesta en el aparato, ésta se puede estimar localizando la corriente consumida (en amperes) y multiplicando el voltaje usado por el aparato. Muchos aparatos en México usan 120 volts. Los aparatos grandes como aires acondicionados o secadoras de ropa usan 240 volts. Los datos de los amperes pueden estar estampados en la unidad en lugar de la potencia consumida. Si no, se puede medir ésta con un amperímetro de argolla colocándolo alrededor de uno de los dos conductores del aparato para medir la cantidad de corriente que está fluyendo a través de éste. Cuando medimos la corriente consumida por un motor, se debe notar que el medidor muestra alrededor de 3 veces más consumo de corriente en el primer segundo cuando el motor arranca, que cuando está corriendo suavemente. Muchos aparatos continúan consumiendo una pequeña cantidad de energía cuando están en posición de apagado. Estas cargas “fantasmas” se dan en muchos aparatos que consumen electricidad como las videograbadoras, televisores, estéreos, computadoras y aparatos de cocina. Muchas cargas fantasma pueden incrementar el consumo de energía del aparato varios Vatios-hora. Estas cargas se pueden eliminar desconectando el aparato o usando una barra de contactos poniendo en posición de apagado cuando no se están usando para con esto cortar la corriente al aparato. 11.7.2.1. Potencia típica de varios aparatos electrodomésticos. Aquí tenemos algunos ejemplos del rango de potencia consumida en varios aparatos domésticos: Aparato

Nombre y Consumo por hora

Radio 15w DVD 25w Estéreo 75w

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Equivale a tener encendidos el siguiente número de focos (100 Vatios) durante una hora


Ventilador 100w Batidora manual 140w

Televisión 150w

Computadora 150w

Extractor de jugos 250 w

Licuadora 350w

Lavadora 375w

Bomba para agua 400w

Refrigerador estándar 575w

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). Cafetera 700w

Secadora de cabello 825w

Parrilla eléctrica 850w

Tostador eléctrico 900w

Horno eléctrico 950w

Plancha 1200w

Aspiradora 1200w

Horno de microondas 1200w

Calefactor 1300w

Aire acondicionado 2950w

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). II.8. Caso práctico de ahorro energético en una vivienda con Domótica. Pongamos como ejemplo una vivienda de dos plantas de 130 mt2, situada en la ciudad de Monterrey, habitada por una familia compuesta por tres miembros, con una potencia contratada de 5.7 kW, un consumo anual de 4 500 kWh, y un coste energético anual de $10,000, cuya distribución energética es de un 39% en calefacción, 27% de agua caliente, 12% en electrodomésticos, 11% en la cocina, 9% en iluminación, y un 2% en aire acondicionado. La comparamos con una vivienda de iguales características en la que se ha realizado una instalación Domótica que permite la gestión eficiente de la energía, incorporando un control de la calefacción y/o aire acondicionado de forma zonificada, teniendo en cuenta la ocupación de la vivienda, y manteniendo unos niveles óptimos de confort y bajo consumo. El sistema controla las luces de forma inteligente, tiene en cuenta la luz exterior y la ocupación, y hace uso de la monitorización de persianas como un elemento de gestión energética y lumínica. Además, detecta y elimina consumos latentes, gastos eléctricos provocados por olvidos, fallos y averías por sobrecargas en la instalación eléctrica. Tras un año de mediciones, considerando los climas de todas las estaciones, se podría producir el ahorro eléctrico que muestra la Figura II.4. 80.00% 80.00% 70.00% 60.00% 50.00% 40.00% 30.00% 20.00% 10.00% 0.00%

Computadora Agua Caliente

10.00% 11.00%

17.00% 20.00%

25.00%

Calefacción Elecgtrodoméstico Pequeño Aire Acondicionado Iluminación

Ahorro eléctrico después de un año con un sistema domótico instalado.

Figura II.5 Ahorro eléctrico

II.9. Primeras Conclusiones. El consumo de energía de las familias mexicanas en la vivienda supone un 25% del consumo total de energía del país. Cada hogar es responsable de producir hasta 5 toneladas de CO2 anuales, según fuentes oficiales. La sociedad civil, las instituciones internacionales, las empresas y los gobiernos se enfrentan al reto de alcanzar los compromisos del Protocolo de Kyoto y de sentar las bases que faciliten la implicación de todos en el objetivo común de preservar los recursos naturales del planeta. Para ello, los gobiernos planifican acciones dirigidas a fomentar el uso racional de la energía a través de legislación, normativas, proyectos, certificaciones, etc.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). También es importante la políticas públicas en el sentido de la reorientación del sector de la construcción a la Domótica partir de iniciativas públicas. Estas iniciativas podría plasmarse de diferentes formas: ayudas a la reforma de viviendas, locales u oficinas, que incorporen sistemas domóticos, reformas de los actuales reglamentos relacionados con la construcción para que incluyan como elemento obligatorio la “preinstalación Domótica”, instalación de sistemas domóticos en todos los edificios de la administración pública, etcétera. El objetivo sería, por un lado crear un mercado que demandara estos servicios y por otro, abrir un campo de actividad donde la mano de obra del sector de la construcción pudiera actualizarse obteniendo además una mayor cualificación. Obviamente la mayor parte de esta tecnología Domótica sería de importación, pero su instalación también implica conocimiento. En otras palabras, es un poco tarde para convertir a México en una potencia en Investigación y Desarrollo en Domótica, pero si podemos concentrarnos en la Innovación, en las distintas posibilidades de aplicación de esta tecnología. Otra iniciativa gubernamental pudiera ser para estimular el desarrollo de la Domótica en el país, con la formación de profesionales en las instituciones de educación superior y creación de centros nacionales de Investigación, desarrollo e instalación especializados en Domótica. Estas iniciativas son reflejo de una mayor concienciación de que nuestros recursos naturales son finitos y de la necesidad de respetar el medio ambiente. La administración federal ha asumido el compromiso de promover el ahorro y la eficiencia energética como un instrumento de crecimiento económico y de bienestar social, ofreciendo el marco adecuado para que se extienda y se amplíe el conocimiento sobre el ahorro y la eficiencia energética en todas las estrategias y especialmente en la del cambio climático a través de diversas instituciones federales. Instalar Domótica en los hogares podría contribuir al cumplimiento del protocolo de Kyoto, ya que como se ha mencionado, a partir de 2012 entrará en vigor la segunda fase donde los países en desarrollo como México, también estarán obligados a reducir sus emisiones de bióxido de carbono (CO2) y otros gases contaminantes. Ahorro importante. Contar con un sistema de iluminación que brinde la posibilidad de la atenuación de la luz, ofrece ventajas en términos de ahorro de electricidad y compra de bombillos, además de brindar un ambiente más confortable para los habitantes de la vivienda. A continuación se ofrece una estimación de la economía que podría lograrse, según el grado de atenuación:

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Nivel de luz

Ahorro electricidad

en Aumento bombillo

vida

90%

10%

2 veces

75%

20%

4 veces

50%

40%

20 veces

25%

60%

Más de 20 veces

Tabla II.3. Comparativo de Ahorro de Energía en una Casa Inteligente. Fuente: Diseño de Casas Inteligentes en España, (2006).

Figura II.6 Distribución del consumo de energía eléctrica en casas habitación en México

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CAPÍTULO III. EQUIPO UTILIZADO EN EL DISEÑO DE CASAS INTELIGENTES (DOMÓTICA), CONSIDERANDO EL AHORRO DE ENERGÍA. III.1. Introducción. Una vivienda Domótica no difiere mucho de una vivienda tradicional, en cuanto que en ella se encuentran también los equipos habituales domésticos e instalaciones, como pueden ser los electrodomésticos o las de agua, gas, electricidad y calefacción. La diferencia, únicamente, estriba en la incorporación de una serie de sistemas que permiten controlar y automatizar, de forma eficiente, estos equipos e instalaciones (por ejemplo, programación y zonificación de la calefacción, detección de escapes de agua con el corte automático del suministro y el aviso al usuario, etc.), que incrementan el valor de la vivienda por el sustancial aumento de la calidad de vida y seguridad que le reportan a su usuario. Los distintos tipos de dispositivos que nos podemos encontrar en una vivienda Domótica son: la pasarela; el sistema de control centralizado; los sensores, actuadores, e interruptores; y los aparatos electrónicos y electrodomésticos dotados de tecnología digital y capacidad de intercomunicación. Las redes internas de la vivienda Domótica son las encargadas de enlazar los dispositivos permitiendo la comunicación entre ellos. Las redes se caracterizan por un determinado medio de transmisión (el soporte físico de la comunicación) y protocolo (el lenguaje utilizado para la comunicación). Existen distintos tipos de redes dependiendo de los dispositivos a interconectar: Red de control o red Domótica. Conecta la pasarela con los sensores, actuadores y electrodomésticos. La utiliza la pasarela para gobernar los sistemas domóticos. Este tipo de red normalmente tiene un bajo ancho de banda. Entre las tecnologías utilizadas, cabe destacar: X10®, KNX®, EIB, LonWorks®, BACnetTM, etc. Red de datos. Conecta los distintos ordenadores entre sí y con sus periféricos. Se utiliza para compartir recursos informáticos: acceso a Internet, ficheros, programas, impresoras, escáneres, etc. Normalmente requiere un ancho de banda medio-alto. Entre otras tecnologías, nos encontramos con: USB, FireWire, HomePlug, Bluetooth, Wi-Fi, etc. Red multimedia o red de entretenimiento. Conecta los aparatos electrónicos de consumo entre sí. Se utiliza para la distribución de contenidos de audio de alta fidelidad y vídeo de alta calidad por todo el hogar. Requiere un

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ancho de banda muy elevado. Las principales tecnologías son: HAVi, UPnP y Jini. Red de iluminación. Control electrónico de iluminación. El estándar más aceptado para este tipo de redes es el llamado DALI (Digital Addressable Lighting Interface). Es independiente del fabricante y está diseñado para controlar digitalmente balastos electrónicos y luminarias equipadas con este tipo de tecnología.

Figura III.1 Las redes internas de la vivienda Domótica.

Este tipo de redes pueden utilizar o no los mismos medios físicos y/o protocolos, aunque actualmente no es lo habitual. La posibilidad de utilizar como medio físico la red eléctrica la vivienda o tecnologías inalámbricas, facilita enormemente la instalación en la vivienda ya construida. En la vivienda nueva es preferible hacer un tendido nuevo de cable, pues los medios cableados suelen presentar bastantes ventajas (menor coste de los dispositivos, mayor seguridad y robustez de las comunicaciones, mayores distancias, etc.). Por otro lado, cada protocolo está adaptado a las aplicaciones concretas que van a ser soportadas, por lo que no es habitual utilizar el mismo en las tres redes. Cada uno de los protocolos tiene una serie de características a tener muy en cuenta a la hora de hacer una instalación: medios físicos soportados, número máximo de dispositivos a soportar, distancias máximas soportadas, anchos de banda soportados o velocidad máxima de transferencia entre dispositivos, capacidades de seguridad, etc. En definitiva, existe una gran variedad de tecnologías, que habrá que seleccionar dependiendo de los requisitos concretos de la instalación. Junto a estas redes internas, deberá existir una línea de acceso de banda ancha a Internet (ADSL, cable, LMDS, satélite, PLC, GPRS, etc.), que comunicará la vivienda con el exterior. La línea de banda ancha es el elemento fundamental en la vivienda Domótica. Por una parte, permite tener una

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conexión permanente con el exterior, lo que es imprescindible para disfrutar de servicios como la teleasistencia, la televigilancia o la gestión remota de los dispositivos. Por otra parte, permite disponer de la capacidad de transmisión necesaria para disfrutar de servicios como el vídeo bajo demanda o la videovigilancia del hogar. No obstante, también es posible tener un sistema domótico interconectado con el exterior únicamente por la red telefónica (RTB, RDSI o GSM), aunque con una funcionalidad mucho menor. III.2. Estructura de la Domótica (Elementos que componen un sistema Domótico). III.2.1. Pasarela Residencial. Aunque no hay una definición consensuada de pasarela residencial, en este estudio consideraremos una pasarela residencial como una entidad (conceptual) que puede estar formada por un único dispositivo (idealmente) o por varios, y cuya principal misión es la de conectar las infraestructuras de telecomunicación de la vivienda (datos, comunicación, control, dispositivos multimedia...) a la red pública de datos (Internet, VPNs, red de difusión de TV/Vídeo, …), permitiendo la conectividad de los hogares con el exterior. Básicamente una pasarela residencial ha de combinar las funciones siguientes: Acceso a la red externa: típicamente esta es la función de módem de acceso (ADSL, RDSI, GSM, 3G, DSL, Cable, WiFi, PLC, …). Esta función es la encargada de controlar y “traducir” el flujo de información procedente de (y con destino a) las redes de acceso exteriores al hogar. Interfaz con la red interna: típicamente es la función de un router o hub, cuyo objetivo es el de conectar los diferentes dispositivos que componen la red interna, o interconectar las distintas redes de telecomunicación existentes en la vivienda. Adicionalmente, puede incorporar funciones de servidor de aplicaciones software (Middleware), ofreciendo directamente el acceso y el control a determinados servicios:  de entretenimiento (Vídeo/Audio, difusión de TV, juegos,…), y/o  de comunicaciones (Telefonía, VoIP, acceso a Internet,…), y/o  de seguridad (sistema de alarmas, videovigilancia,…), y/o  de telecontrol (Domótica). En la Figura III.2 se muestran esquemáticamente las funciones anteriores.

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Figura III.2 Funciones incluidas en el concepto de la pasarela residencial

Las pasarelas residenciales cubren las necesidades de convergencia que se están produciendo con la aparición e instalación de nuevas tecnologías de comunicaciones. Por una parte, en lo referente a las tecnologías de acceso a las redes externas (RDSI, DSL, Cable, FTTx, WiFi, LMDS, PLC, WiMAX, GSM, 3G,…), y por otra, en lo relativo a las diferentes tecnologías de información y telecomunicación disponibles para el hogar (X10®, LonWorks®, ZigBee®, KNX®, WiFi, Bluetooth, Ethernet, HomeRF, USB, HAVi, HPNA,...). Clasificación y evolución de las pasarelas residenciales. Parks Associates, principal consultoría americana en el entorno del hogar digital, defiende la siguiente clasificación de pasarelas residenciales, diferenciando entre las que soportan varias redes y/o varios servicios. Esta clasificación muestra implícitamente la tendencia evolutiva de las pasarelas residenciales, desde un mercado inicial cuasi-anárquico en el que prácticamente solo han existido los denominados “Service-Specific Gateways”, en los que las funciones de módem (hacia el exterior), router (hacia el hogar) y middleware (servidores de aplicaciones) estaban – y aún siguen estandoseparadas en distintos dispositivos, hacia un nuevo mercado emergente que trata de aglutinar múltiples servicios y/o múltiples redes en dispositivos únicos. Si bien es cierto que la situación inicial cuasi-anárquica se ha visto favorecida por la continua aparición en el mercado de dispositivos del hogar

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que cubren necesidades específicas de los usuarios (módems y routers de acceso a Internet con PCs, decodificadores de TV digital, sistemas de alarma residenciales, …), y que se ha ido produciendo con independencia de la creciente complejidad en el hogar (múltiples y diferentes dispositivos y mandos a distancia, cableado interno, …), no es menos cierto que la tendencia actual es la de minimizar esta complejidad reduciendo el número de dispositivos, hasta un estado ideal de pasarela residencial única (lo que Parks Associates denomina “Whole-House Gateway”). Situación normativa y estandarización. Como hemos visto, la tendencia es aglutinar en un único dispositivo o, de manera más realista, en el menor número de ellos, todas las funciones definidas para las pasarelas residenciales, incluyendo no sólo las básicas de interconexión entre el hogar y la red externa, sino, cada vez más, las englobadas bajo el concepto Middleware. En este sentido, dada la proliferación de dispositivos electrónicos residenciales –TV, PC, Móviles, PDAs, dispositivos domóticos- integrados en muchos casos en mini-redes residenciales independientes (Home LAN, Home Cinema, sistemas de alarmas, control domótico, …) y con capacidad de interacción con redes externas, la comunidad internacional ha lanzado distintos intentos de homogeneizar y estandarizar tanto el mundo del Middleware asociado al control de los servicios, como el de las pasarelas residenciales propiamente dichas. Estas iniciativas de estandarización se pueden clasificar en tres categorías, en función del objetivo que pretenden: Facilitar y compatibilizar la interconexión de dispositivos residenciales a la red del hogar, independientemente de la tecnología utilizada. Entre estas normativas cabe citar: UPnP (Universal Plug and Play): tecnología propuesta por Microsoft que define los métodos de acceso y comunicación entre los dispositivos que se conectan a una red permitiendo la autoconfiguración y auto-reconocimiento de los mismos. Jini: tecnología propuesta por Sun Microsystems, con fines similares a UPnP y que establece una arquitectura software cuyo objetivo es definir cómo los diferentes servicios (o clientes) conocen mutuamente su existencia y se interconectan en una “comunidad” permitiendo su interacción. HAVi (Home Audio/Video interoperability): iniciativa creada por los principales fabricantes de dispositivos electrónicos para definir una arquitectura software distribuida basada en interfaces de aplicación (APIs) que permiten conectar e interoperar dispositivos multimedia sin necesidad de que exista un nodo central de control (típicamente un PC). HomeAPI: Grupo de trabajo formado con el objetivo de crear un conjunto estandarizado de interfaces de aplicación (APIs) destinados a facilitar la interconexión entre dispositivos. Este grupo de trabajo fue absorbido por la normativa UPnP que tiene un ámbito de aplicación más extenso.

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Definir la arquitectura software de las pasarelas residenciales de manera que permitan la integración de distintas redes del hogar así como de su interacción con el mundo exterior, definiendo los métodos de control de los servicios y soportando la incorporación, el desarrollo y la distribución/actualización remota de nuevas aplicaciones. Destacan en esta categoría: OSGi (Open Services Gateway Initiative): nacida en 1999 bajo el auspicio de empresas multinacionales, ofrece un foro de desarrollo y debate para definir unas especificaciones abiertas, cuyo objetivo es crear un software estándar para las pasarelas residenciales sobre el que puedan distribuirse los servicios de manera remota. Su ámbito abarca cualquier tipo de red y cualquier tipo de servicios, siendo en este sentido la primera aproximación real a las pasarelas residenciales globales. CableHome: Iniciativa de la empresa Cable Labs (precursora del extendido estándar DOCSIS para las redes de banda ancha por cable) que persigue un objetivo similar a OSGi, pero con un ámbito de aplicación reducido exclusivamente a las pasarelas residenciales asociadas a redes de cable (cable-módems). Definir interfaces genéricas entre determinados servicios y los dispositivos del hogar asociados. En esta categoría cabe destacar: MHP (Multimedia Home Platform): Grupo de trabajo vinculado al estándar DVB de ETSI y que define las interfaces genéricas entre las aplicaciones digitales interactivas multimedia (TV, Video, datos,…) y los dispositivos que las soportan. SWAP (Shared Wireless Access Protocol): normativa nacida a partir del grupo HomeRF y que define los interfaces genéricos entre las aplicaciones disponibles y los dispositivos con tecnología HomeRF. Estas iniciativas, en general, no tratan de ser opciones normativas alternativas y excluyentes, sino que en muchos casos se complementan, existiendo cada vez más, dispositivos que cumplen varios de estos estándares. Al igual que en las tecnologías de interconexión para dispositivos de control/Domótica y datos/multimedia, se puede realizar una tabla comparativa atendiendo a conceptos similares a los utilizados en esos casos. La Tabla III.1 muestra una comparativa de las tecnologías de Middleware y pasarelas residenciales. En este caso, no se trata de identificar las más adecuadas, puesto que en los posibles escenarios de redes de cliente podrían concurrir en distintos puntos del calendario, como tecnologías alternativas o complementarias.

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Tabla III.1 Comparación de las tecnologías de Middleware y pasarelas residenciales

Entonces la pasarela residencial es el dispositivo frontera entre las distintas redes de acceso externas y las redes internas del edificio inteligente. Las pasarelas residenciales vienen a cubrir las necesidades actuales de convergencia que se están produciendo con la aparición de nuevas tecnologías de comunicaciones en los hogares: la proliferación de conexiones a Internet de banda ancha; y el incremento del número de PC en los hogares y la aparición de nuevos dispositivos y electrodomésticos que necesitan estar en red para implementar nuevas y útiles prestaciones. Puesto que ahora hay varios equipos en la vivienda que pueden conectarse a Internet u otras redes, es lógico pensar en la instalación de una red de área doméstica interna en la vivienda y que un único dispositivo, como la pasarela residencial, se encargue de gestionar un punto único de acceso a todas estas redes. La pasarela residencial será, por lo tanto, el dispositivo encargado de realizar las siguientes actividades: La adaptación de los protocolos utilizados por los distintos dispositivos a todos los niveles. La monitorización y supervisión del funcionamiento de todas las redes de comunicaciones. La gestión de todos los dispositivos internos de forma local o remota. La gestión de servicios internos. La gestión de la seguridad y privacidad de las comunicaciones.

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Finalmente, para asegurar la compatibilidad de la pasarela residencial y los servicios ejecutados en ella, nació la OSGi Alliance (Open Services Gateway Initiative) en marzo de 1999. El cumplimiento de las especificaciones del OSGi por la pasarela, permitirá a los usuarios descargar servicios bajo demanda de cualquier proveedor de servicios o contenidos, siendo la pasarela la que gestione la instalación y configuración de estos servicios sin interferir con el resto.

Figura III.3 Pasarela residencial y su conexión a las diferentes redes

Pasarelas para el sistema Domótico KNX®

Figura III.4 Pasarela de la red Domótica a la red de Audio - Video

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Figura III.5 Pasarela de la red Domótica a la red de Iluminación

III.2.2. Sistema de control centralizado. El sistema de control centralizado es un cerebro electrónico encargado de recoger toda la información proporcionada por los sensores distribuidos en los distintos puntos de control de la vivienda, procesarla, y generar las órdenes que ejecutarán los actuadores. Hace unos años, se utilizaban distintos sistemas de control para gestionar la iluminación, la seguridad, la calefacción, el aire acondicionado, el consumo energético, electrodomésticos, etc. Hoy en día, lo habitual es integrar todas las funciones en un único dispositivo, con el fin de reducir el equipamiento necesario en la casa o edificio. Por lo general, los fabricantes de sistemas domóticos comercializan soluciones que constan de un sistema de control centralizado y una extensa gama de sensores y actuadores, que pueden ir siendo adquiridos poco a poco por los usuarios según se vayan necesitando. Esto asegura la compatibilidad total entre este el sistema de control central y los sensores y actuadores distribuidos por toda la vivienda. Es importante asegurarse también de que el sistema de control centralizado y la pasarela son compatibles.

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El sistema de control centralizado deberá ubicarse cerca de un enchufe, pues requieren por lo general alimentación de la red eléctrica. Para evitar la caída de la centralita ante un fallo de potencia, éste suele incluir también pilas de litio de larga duración. La información recibida de los sensores en la unidad de control centralizada se trata según un algoritmo introducido en la memoria del sistema; además, la unidad de control es capaz de proporcionar información del estado del sistema al operador. Por otro lado, el operador tiene la posibilidad de intervenir en el proceso, o bien tomar el mando completo del mismo. Las acciones a tomar serán enviadas a los distintos actuadores, con el fin de que se produzca la respuesta deseada. Desde el sistema de control centralizado, el usuario puede programar y controlar todos los sensores y actuadores de su hogar. Hasta hace pocos años, existían pocas alternativas para interactuar con los sistemas domóticos. Los sistemas se podían operar principalmente de forma local, a través de un teclado y pantalla embebidos en la misma centralita; no obstante, las alternativas actuales son mucho mayores: nuevas interfaces locales como los pulsadores y mandos, interfaces vocales accesibles mediante las redes telefónicas, interfaces Web accesibles a través de Internet o la Intranet, mensajes móviles que permiten informar al usuario de determinados eventos o incidencias, etc. Cuando en la vivienda haya una pasarela, en vez de conectar el sistema de control centralizado a las redes telefónicas y de datos externas, será dicha pasarela la que haga de intermediaria. Es el que permite actuar sobre el sistema, bien de una forma automática por decisión tomada por centrales Domóticas previamente programadas (que incluso puede ser una computadora personal), pulsadores, teclados, pantallas táctiles o no, mandos a distancia por infrarrojos IR (locales), por radiofrecuencia RF (hasta 50 metros), por teléfono, SMS o por PC (de forma local e incluso a través de Internet). Estos elementos emiten órdenes que necesitan un medio de transmisión. III.2.3. Los sensores. Los sensores son los elementos encargados de recoger la información de los diferentes parámetros que controlan (la temperatura ambiente, la existencia de un escape de agua, la presencia de luz solar suficiente en una habitación, etc.) y enviarla al sistema de control centralizado para que actúe en consecuencia. Los sensores no se conectan por lo general a la red eléctrica sino que llevan una pila incorporada, con una duración de dos a cinco años. Esto supone una mayor flexibilidad respecto a otros dispositivos como los actuadores a la hora de ser introducidos en la vivienda Domótica, ya que así se pueden instalar en cualquier lugar, aunque esté lejos de una toma de corriente. Existe una gran variedad de sensores o detectores utilizados para la automatización en edificios, siendo los más comúnmente utilizados: el termostato de ambiente, el detector de gas, los detectores de humo y calor, la sonda humedad y los sensores de presencia.

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Son los "ojos del sistema", o "la adquisición de datos" del sistema, pueden ser todo lo sofisticados que queramos, lo necesario es que lo pueda entender el sistema. Estos datos pueden ser órdenes directas a los Actuadores o pueden ir previamente a una central Domótica, en función de la programación introducida en ella, saldrá la orden final al Actuador correspondiente. Ejemplos de sensores son los detectores de fuga de agua, de gas, de humo y/o fuego, de concentración de CO, de movimiento o intrusión, los termostatos. En concreto, un sensor es un dispositivo capaz de transformar magnitudes físicas o químicas (llamadas "variables de instrumentación") en magnitudes eléctricas. Las variables de instrumentación dependen del tipo de sensor y pueden ser, por ejemplo, la temperatura, la intensidad lumínica, la distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etcétera. Una magnitud eléctrica obtenida puede ser una resistencia eléctrica, una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un termo temporizador), una corriente eléctrica (como un fototransistor) y más. Entre los más comúnmente utilizados se distinguen los siguientes: Termostato de ambiente, destinado a medir la temperatura de la estancia y permitir la modificación de parámetros de consigna por parte del usuario. Sensor de temperatura interior, destinado a medir únicamente la temperatura de la estancia. Sensor de temperatura exterior, destinado a optimizar el funcionamiento de la calefacción a través de una óptima regulación de su carga y/o funcionamiento. Sondas de temperatura para gestión de calefacción, necesarias para controlar de forma correcta distintos tipos de calefacción eléctrica (por ejemplo, sondas limitadoras para suelo radiante). Sonda de humedad, destinada a detectar posibles escapes de agua en cocinas, aseos, etc. Detector de fugas de gas, para la detección de posibles fugas de gas en cocina, etc. Detector de humo y/o fuego, para la detección de conatos de incendio. Detector de radiofrecuencia (RF) para detectar avisos de alerta médica emitidos por un emisor portátil de radiofrecuencia (de idéntico parecido a los mandos para apertura de puertas de garaje). Sensor de presencia, para detección de intrusiones no deseadas en la vivienda. Receptor de infrarrojos. III.2.4. Los actuadores. Los actuadores son los dispositivos utilizados por el sistema de control centralizado, para modificar el estado de ciertos equipos o instalaciones (el aumento o la disminución de la calefacción o el aire acondicionado, el corte del suministro de gas o agua, el envío de una alarma a una centralita de seguridad, etc.). Estos dispositivos suelen estar distribuidos por toda la vivienda y, según el modelo, pueden admitir baterías. En algunos casos, el sensor y el actuador son integrados en el mismo dispositivo.

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Entre los más comúnmente utilizados están: los contactores (o relés de actuación) de carril DIN, los contactores para base de enchufe, las electroválvulas de corte de suministro (gas y agua), las válvulas para la zonificación de la calefacción por agua caliente, y sirenas o elementos zumbadores para el aviso de alarmas en curso.

Figura III.6 Carril tipo DIN

Reciben las órdenes y las transforman en señales de aviso, regulación o conmutación. Los actuadores ejercen acciones sobre los elementos a controlar en el hogar. En concreto, un actuador es aquel elemento que puede provocar un efecto sobre un proceso automatizado; es un dispositivo capaz de generar una fuerza a partir de líquidos y de energía eléctrica o gaseosa; recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control, como lo son las válvulas. Existen tres tipos de actuadores: hidráulicos, neumáticos y eléctricos. Entre los más comúnmente utilizados se distinguen los siguientes: Contactores (o relés de actuación) de carril DIN. Contactores para base de enchufe. Electroválvulas de corte de suministro (gas y agua). Válvulas para la zonificación de la calefacción por agua caliente. Sirenas o elementos zumbadores, para el aviso de alarmas en curso. III.2.5. Los aparatos electrónicos y electrodomésticos dotados de tecnología digital. Los electrodomésticos tradicionales nos facilitan las tareas cotidianas, mejorando así nuestro tiempo disponible para el ocio. La nueva generación de electrodomésticos (frigoríficos, lavadoras, lavavajillas, hornos, microondas, secadoras, etc.), que no tardarán en formar parte del mobiliario de los hogares (en especial de las cocinas), no tienen nada que ver con los que

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habitualmente están disponibles en los comercios. Estos electrodomésticos, conocidos por electrodomésticos inteligentes o electrodomésticos domóticos, estarán interconectados a través de la red de control y la pasarela residencial, pudiendo intercambiarse información y comunicarse los unos con los otros, o ser programados y controlados por teléfono o por Internet. Estos electrodomésticos, por sus necesidades de potencia, deberán ser conectados a la red eléctrica. Por otro lado, los nuevos electrodomésticos se suelen caracterizar por una alta eficiencia, un bajo nivel de ruido, un bajo consumo y la incorporación de sistemas ahorro energético. Las funciones especiales para mejorar y controlar el consumo energético, son especialmente importantes en estos dispositivos, ya que suelen ser los dispositivos con mayor consumo de energía eléctrica en una vivienda. Se tienen así por ejemplo los gasodomésticos o electrodomésticos que funcionan con gas natural (una energía limpia y no contaminante), que consumen mucho menos que los eléctricos y tienen además un tiempo de vida mucho mayor. También son de destacar los lavavajillas y lavadoras bitérmicos, que permiten que el agua caliente que usan entre directamente desde la red de agua caliente del calentador de la caldera de gas, consiguiendo así un menor coste y un menor tiempo de lavado. Su programación y control es además mucho más sencillo que el de los electrodomésticos tradicionales, ofreciendo intuitivas interfaces gráficas embebidas en sus pantallas táctiles. III.3. Preinstalación de una vivienda Domótica. La preinstalación consiste en preparar la instalación de los elementos que llegarán a conformar el sistema definitivo, siguiendo las preferencias de cada usuario. Los elementos físicos que integran la preinstalación, son los siguientes: Cajas de empalme de empotrar, que albergan los módulos de control. Caja de distribución de empotrar, que alberga los módulos de mando. Bus de comunicaciones, que une todas las cajas de empalme. Tubos para detectores de presencia, agua, humos, fuego. Una vez instalado el bus de comunicaciones, se realiza la puesta en marcha de la instalación así como su certificación. Para poder certificar la instalación, el técnico realiza la medición de los diferentes parámetros físicos del bus y comprueba que están dentro de especificaciones, para poder soportar a posteriori la conexión de las diferentes opciones que van a constituir una vivienda Domótica. Se pone de manifiesto la gran diferencia que existe entre abordar un estudio domótico en una casa en fase de construcción y en una vivienda ya construida. La diferencia radica en la necesidad de adecuar la casa al sistema de comunicación o viceversa, haciendo que la Domótica se adapte al hogar. La

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ventaja de instalar el protocolo en la vivienda aún en fase de construcción (preinstalación) es que permite implantar un sistema domótico con un medio de comunicación más eficiente y moderna. El mismo protocolo para vivienda ya construida sería inviable sin una remodelación completa de la misma. Aún así, los sistemas basados en corrientes portadoras, especialmente diseñados para viviendas construidas, permiten automatizar prácticamente por completo el hogar con apenas algunos cambios estructurales en el mismo. III.4. Conceptos Técnicos. Para poder clasificar técnicamente un sistema de automatización de viviendas, es necesario también tener claros una serie de conceptos técnicos, como son: Tipo de arquitectura. Medios de transmisión de los datos. Velocidad de transmisión de los datos y Protocolo(s) de comunicaciones. III.4.1. Tipo de arquitectura o Topologías (“hardware” del sistema). La topología de la red se define como la distribución física de los elementos de control respecto al medio de comunicación (cable). La arquitectura de un sistema Domótico, como la de cualquier sistema de control, especifica el modo en que los diferentes elementos de control del sistema se van a ubicar. Existen dos arquitecturas básicas: la arquitectura centralizada y la distribuida. Desde el punto de vista de dónde reside la inteligencia del sistema domótico, hay varias arquitecturas diferentes. III.4.1.1. Arquitectura centralizada. Es aquella en la que los elementos a controlar y supervisar (sensores, luces, válvulas, etcétera) han de cablearse hasta el sistema de control de la vivienda (PC o similar). El sistema de control es el corazón de la vivienda, en cuya falta todo deja de funcionar, en cuanto que en la fase de construcción hay que elegir esta topología de cableado. En una Arquitectura Centralizada un controlador centralizado recibe información de múltiples sensores y, una vez procesada, genera las órdenes oportunas para los actuadores. III.4.1.2. Arquitectura distribuida. Es aquella en la que el elemento de control se sitúa próximo al elemento a controlar. En una Arquitectura Distribuida toda la inteligencia del sistema está distribuida por todos los módulos sean sensores o actuadores. Suele ser típico de los sistemas de cableado en bus, o redes inalámbricas. Hay sistemas que son de arquitectura distribuida en cuanto a la capacidad de proceso, pero no lo son en cuanto a la ubicación física de los diferentes elementos de control y viceversa, sistemas que son de arquitectura distribuida en cuanto a su capacidad para ubicar elementos de control

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físicamente distribuidos, pero no en cuanto a los procesos de control, que son ejecutados en uno o varios procesadores físicamente centralizados. En los sistemas de arquitectura distribuida que utilizan como medio de transmisión el cable, existe un concepto a tener en cuenta que es la topología de la red de comunicaciones (suele ser típico de los sistemas de cableado en bus o redes inalámbricas también). III.4.1.3. Arquitectura mixta. Son sistemas con arquitectura descentralizada en cuanto a que disponen de varios pequeños dispositivos capaces de adquirir y procesar la información de múltiples sensores y transmitirlos al resto de dispositivos distribuidos por la vivienda, por ejemplo, aquellos sistemas basados en Zigbee® (protocolo de comunicaciones inalámbrico, IEEE 802.15.4) y totalmente inalámbricos. III.4.2. Medios de Transmisión de los datos. El medio de transmisión constituye el soporte físico a través del cual emisor y receptor pueden comunicarse en un sistema de transmisión de datos. Distinguimos dos tipos de medios: guiados y no guiados. En ambos casos la transmisión se realiza por medio de ondas electromagnéticas. Los medios guiados conducen (guían) las ondas a través de un camino físico, ejemplos de estos medios son el cable coaxial, la fibra óptica y el par trenzado. Los medios no guiados proporcionan un soporte para que las ondas se transmitan, pero no las dirigen; como ejemplo de ellos tenemos el aire y el vacío. La naturaleza del medio junto con la de la señal que se transmite a través de él constituyen los factores determinantes de las características y la calidad de la transmisión. En el caso de medios guiados es el propio medio el que determina el que determina principalmente las limitaciones de la transmisión: velocidad de transmisión de los datos, ancho de banda que puede soportar y espaciado entre repetidores. Sin embargo, al utilizar medios no guiados resulta más determinante en la transmisión el espectro de frecuencia de la señal producida por la antena que el propio medio de transmisión. Los medios de transmisión son los caminos físicos por medio de los cuales viaja la información y en los que usualmente lo hace por medio de ondas electromagnéticas. Los medios de transmisión vienen divididos en guiados (por cable) y no guiados (sin cable). Normalmente los medios de transmisión vienen afectados por los factores de fabricación, y encontramos entonces unas características básicas que los diferencian: Ancho de banda: El ancho de banda es el rango de frecuencias que se transmiten por un medio. Se define como BW, y aquí encontramos como ejemplo que en BW telefónico se encuentra entre 300 Hz y 3.400 Hz o el BW de audio perceptible al oído humano se encuentra entre 20 Hz y 20.000 Hz. Por lo general al usar este término nos referimos a la velocidad en que puedo transmitir. Normalmente el término BW es el más apropiado para designar la velocidad que el de Mbps ya que este ultimo viene afectado por una serie de características que provocan que el primero de un dato más acertado y real de la velocidad.

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Problemas de transmisión: se les conoce como atenuación y se define como alta en el cable coaxial y el par trenzado y baja en la fibra óptica. Interferencias: tanto en los guiados como en los no guiados y ocasionan la distorsión o destrucción de los datos. Espectro electromagnético: que se encuentra definido como el rango en el cual se mueven las señales que llevan los datos en ciertos tipos de medios no guiados. Mayor ancho de banda proporciona mayor velocidad de transmisión. Atenuación. La atenuación depende del tipo de medio que se esté usando, la distancia entre el transmisor y el receptor y la velocidad de transmisión. La atenuación se suele expresar en forma de logaritmo (decibelio). Para ser mas especifico la atenuación consiste en la disminución de la señal según las características antes dadas. Interferencias. La interferencia está causada por señales de otros sistemas de comunicación que son captadas conjuntamente a la señal propia. El ruido viene provocado normalmente por causas naturales (ruido térmico) o por interferencias de otros sistemas eléctricos (ruido impulsivo). Espectro electromagnético. En la física se habla de espectro como la dispersión o descomposición de una radiación electromagnética, que contiene radiaciones de distintas longitudes de onda, en sus radiaciones componentes. Aunque no es una definición muy clara, dentro de los espectros nos encontramos con lo que son las señales radiales, telefónicas, microondas, infrarrojos y la luz visible, entonces el espectro es el campo electromagnético en el cual se encuentran las señales de cada uno de ellas. Por ejemplo la fibra óptica se encuentra en el campo de la luz visible o la transmisión satelital en el de las microondas. La distorsión de una señal depende del tipo de medio utilizado y de la anchura de los pulsos. Para cuantificar sus efectos se utilizan los conceptos de ancho de banda de la señal y de banda pasante del medio. Ahora, los problemas de interferencia, distorsión y ruido pueden causar errores en la recepción de la información, normalmente expresados como aparición de bits erróneos. Los medios de transmisión se caracterizan por tener una velocidad de transmisión de la información máxima, a partir de la cual la cantidad de errores que introducen es demasiado elevada (capacidad del canal). En todo sistema domótico, los diferentes elementos de control deben intercambiar información unos con otros a través de un soporte físico (par trenzado, línea de potencia o red eléctrica, radio, infrarrojos, etcétera). A continuación se enumeran algunos tipos de medios guiados: III.4.2.1. Red eléctrica (las líneas de distribución de energía eléctrica llamadas corrientes portadoras). Si bien no es el medio más adecuado para la

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transmisión de datos, si es una alternativa a tener en cuenta para las comunicaciones domesticas dado el bajo coste que implica su uso, dado que se trata de una instalación existente. Para aquellos casos en los que las necesidades del sistema no impongan requerimientos muy exigentes en cuanto a la velocidad de transmisión, la línea de distribución de energía eléctrica puede ser suficiente como soporte de dicha transmisión. Dada las características especiales de este medio y, sobretodo su idoneidad para las instalaciones domésticas; a continuación se detallan sus principales ventajas e inconvenientes: Costo nulo de la instalación. Facilidad de conexionado. Poca fiabilidad en la transmisión de los datos. Baja velocidad de transmisión.

III.4.2.2. Cables Metálicos. La infraestructura de las redes de comunicación actuales, tanto públicas como privadas, tiene en un porcentaje muy elevado, cables metálicos de cobre como soporte de transmisión de las señales eléctricas que procesa. En general se pueden distinguir dos tipos de cables metálicos: a.- Par metálico. Los cables formados por varios conductores de cobre pueden dar soporte a un amplio rango de aplicaciones en el entorno domestico. Este tipo de cables pueden transportar: Señales telefónicas. Señales de audio. Datos. Sonido de alta fidelidad. Interconexión de equipos de automatización y control. Alimentación de corriente continua. Los denominados cables de pares están formados por cualquier combinación de los tipos de conductores que a continuación se detallan: i.- Cables formados por un solo conductor con un aislamiento exterior plástico. (Por ejemplo los utilizados para la transmisión de las señales telefónicas). ii.- Par de cables, cada uno de los cables está formado por un arrollamiento helicoidal de varios hilos de cobre. (Por ejemplo los utilizados para la distribución de señales de audio). iii.- Par apantallado, formado por dos hilos recubiertos por un trenzado conductor en forma de malla cuya misión consiste en aislar las señales que

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circulan por los cables de las interferencias electromagnéticas exteriores. (Por ejemplo los utilizados para la distribución de sonido alta fidelidad o datos). iv.- Par trenzado, está formado por dos hilos de cobre recubiertos cada uno por un trenzado en forma de malla. El trenzado es un medio para hacer frente a las interferencias electromagnéticas. (Por ejemplo los utilizados para interconexión de ordenadores). b. Coaxial. Un par coaxial es un circuito físico asimétrico, constituido por un conductor filiforme que ocupa el eje longitudinal del otro conductor en forma de tubo, manteniéndose la coaxialidad de ambos mediante un dieléctrico apropiado. Este tipo de cables permite el transporte de las señales de video y señales de datos a alta velocidad. Dentro del ámbito de la vivienda, el cable coaxial puede ser utilizado como soporte de transmisión para: Señales de teledifusión que provienen de las antenas (red de distribución de las señales de TV y FM). Señales procedentes de las redes de TV por cable. Señales de control y datos a media y baja velocidad. c. Fibra óptica. La fibra óptica es el resultado de combinar dos disciplinas no relacionadas, como son la tecnología de semiconductores (que proporciona los materiales necesarios para las fuentes y los detectores de luz), y la tecnología de guiado de ondas ópticas (que proporciona el medio de transmisión, el cable de fibra óptica). La fibra óptica está constituida por un material dieléctrico transparente, conductor de luz, compuesto por un núcleo con un índice de refracción menor que el del revestimiento, que envuelve a dicho núcleo. Estos dos elementos forman una guía para que la luz se desplace por la fibra. La luz transportada es generalmente infrarroja, y por lo tanto no es visible por el ojo humano. A continuación se detallan sus ventajas e inconvenientes: Fiabilidad en la transferencia de datos. Inmunidad frente a interferencias electromagnéticas y de radiofrecuencias. Alta seguridad en la transmisión de datos. Distancia entre los puntos de la instalación limitada, en el entorno doméstico estos problemas no existen. Elevado coste de los cables y las conexiones. Transferencia de gran cantidad de datos. d. Conexión sin hilos (medios no guiados - inalámbrica): Infrarrojos.- El uso de mandos a distancia basados en transmisión por infrarrojos está ampliamente extendido en el mercado residencial para telecomandar equipos de audio y video.

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La comunicación se realiza entre un diodo emisor que emite una luz en la banda de IR, sobre la que se superpone una señal, convenientemente modulada con la información de control, y un fotodiodo receptor cuya misión consiste en extraer de la señal recibida la información de control. Los controladores de equipos domésticos basados en la transmisión de ondas en la banda de los infrarrojos tienen las siguientes ventajas: Comodidad y flexibilidad. Admiten un gran número de aplicaciones. Al tratarse de un medio de transmisión óptico es inmune a las radiaciones electromagnéticas producidas por los equipos domésticos o por los demás medios de transmisión (coaxial, cables pares, red de distribución de energía eléctrica, etcétera). Sin embargo, habrá que tomar precauciones en los siguientes casos: Las interferencias electromagnéticas sólo afectaran a los extremos del medio IR, es decir, a partir de los dispositivos optoelectrónicos (diodo emisor y fotodiodo receptor). Es necesario tener en cuenta otras posibles fuentes de IR. Hoy en día, existen diferentes dispositivos de iluminación que emiten cierta radiación IR. Radiofrecuencias.- La introducción de las radiofrecuencias como soporte de transmisión en la vivienda, ha venido precedida por la proliferación de los teléfonos inalámbricos y sencillos telemandos. Este medio de transmisión puede parecer, en principio, idóneo para el control a distancia de los sistemas domóticos, dada la gran flexibilidad que supone su uso. Sin embargo resulta particularmente sensible a las perturbaciones electromagnéticas producidas, tanto por los medios de transmisión, como por los equipos domésticos. A continuación, se detallan las ventajas e inconvenientes de los sistemas basados en transmisión por radiofrecuencias: Alta sensibilidad a las interferencias. Fácil intervención de las comunicaciones. Dificultad para la integración de las funciones de control y comunicación, en su modalidad de transmisión analógica. III.4.3. Velocidad de Transmisión. La velocidad a la cual se intercambia información entre los diferentes elementos de control de la red se denomina velocidad de transmisión.

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III.4.4. Protocolos de Comunicaciones. Una vez establecido el soporte físico y la velocidad de comunicaciones, un sistema domótico se caracteriza por el protocolo de comunicaciones que utiliza, que no es otra cosa que el idioma o formato de los mensajes que los diferentes elementos de control del sistema deben utilizar para entenderse unos con otros y que puedan intercambiar su información de una manera coherente. No se puede entender la Domótica, sin conocer el protocolo de comunicaciones, como lenguaje de comunicación del sistema Domótico. A través del protocolo se comunican los diversos dispositivos que componen la red Domótica. Dentro de los protocolos existentes, se puede realizar una primera clasificación atendiendo a su estandarización: a.- Protocolos estándar.- Los protocolos estándar son los que de alguna manera son utilizados ampliamente por diferentes empresas y éstas fabrican productos que son compatibles entre sí, por ejemplo TCP/IP. Son protocolos definidos entre varias compañías con el fin de unificar criterios. Son abiertos (open systems), es decir, que no existen patentes sobre el protocolo de manera que cualquier fabricante puede desarrollar aplicaciones y productos que lleven implícito el protocolo de comunicación. En un sistema estándar, si una empresa desaparece o deja de sacar productos al mercado, no afecta demasiado ya que hay otros productos en el mercado que cubren ese hueco. b.- Protocolos propietarios.- Son aquellos que desarrollados por una empresa, solo ella fabrica productos que son capaces de comunicarse entre sí. Propietarios o cerrados: Pueden ser variantes de los Protocolos Estándar. Son protocolos cerrados de manera que solo el fabricante puede realizar mejoras y fabricar dispositivos que “hablen” el mismo idioma. Esto protege los derechos del fabricante, pero limita la aparición de continuas evoluciones en los sistemas domóticos, con lo que, a medida que los sistemas con protocolo estándar se van desarrollando, van ganando cuota de mercado a los sistemas de protocolo propietario. Otro problema que tienen es: la vida útil del sistema domótico, en un sistema propietario que depende en gran medida de la vida de la empresa y de la política que siga, si la empresa desaparece, el sistema desaparece y las instalaciones se quedan sin soporte ni recambios.

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Amigo Biodom

Hometronic

Cardio

Maior - Domo

Concelac

PLC

Dialoc

Plus Control

Domaike

Propietarios

Simon Vox

Domolon

SSI

DomoScope

Starbox

Domotel

Vantage

GIV

VivimatPlus

Protocolos de Comunicación

BACNet

HBS

Batisbus

HES

CEBus

Estandarizados

KNX

EHS

LonWorks

EIB

X-10

Figura III.7 Protocolos de Comunicación

III.5. Principales tecnologías Domóticas. Principales redes de control y automatización: Sistemas propietarios y Sistemas abiertos. X10® IEEE 802.15.4 – ZigBee®. EN 50090 – Protocolo KNX®. EN 14908 – Protocolo LonWorks®.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). III.5.1. X10®. Es un sistema basado en corrientes portadoras, con más de ocho millones de instalaciones existentes en la actualidad. Todas las señales se transmiten a través de la red de baja tensión (BT) o por radiofrecuencia. Existe una versión europea del X10®, el NETBUZ X10® con el mismo principio de funcionamiento, aunque en Europa ha tenido muy poca implantación.

Figura III.8 Logo X10

Los sistemas enmarcados dentro de los denominados por corriente portadora, utilizan la propia instalación eléctrica de una vivienda para comunicar sus elementos. Es decir, no es necesaria la instalación de ningún cableado específico para implementarlas en casa. La red eléctrica de una vivienda proviene de una única toma antes del cuadro general, luego todos los dispositivos eléctricos que en ella conviven, están comunicados entre sí. El Protocolo X10® es uno de los primeros estándares creados bajo esta tecnología. Su comercialización es completamente modular al estar compuesto mediante módulos de carril DIN, para instalar en cuadros eléctricos o en cajas de registro, módulos de enchufe (Plug&Play1) para ínter posicionar entre la toma de enchufe del dispositivo a controlar y el propio dispositivo y, por último, módulos en formato pulsador para ubicarlos donde actualmente se encuentran los interruptores convencionales. Por su gran sencillez de instalación, su filosofía de producto es del tipo hágalo usted mismo. De hecho, existen modelos domésticos de precios muy asequibles para que cada usuario vaya implementando más funcionalidades en su vivienda. Al ser un sistema popular dispone de filtros de cuadro para impedir que nuestras señales salgan fuera de nuestra casa y, por el contrario, para que nuestro sistema no se vea alterado por señales externas. 1

Plug&Play.- Del inglés, “conectar y usar”.

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Figura III.9 Uso del Protocolo X10® en el diseño de una Casa Inteligente.

No es necesaria la utilización de herramientas de programación similares a las que se utilizan en procesos industriales, si se utiliza X10®. La tecnología X10® es ideal para pequeños proyectos tipo Bricolaje2, o Domótica muy sencilla dado su precio y simplicidad, aunque no es tan robusta y fiable como otras tecnologías. El principio de codificación X10® permite una activación y respuesta definidas de hasta 256 receptores, puestos de control de aparatos o grupos de consumidores. Con ello resulta posible el montaje de redes amplias. El sistema utiliza, para el telemando, señales de alta frecuencia. Los emisores envían órdenes de mando en forma de impulsos. Cada paquete de impulsos tiene una duración de 1 milisegundo. El contenido del paquete determina el ritmo y orden de sucesión de los impulsos. Los datagramas (Figura III.10) se transmiten con una frecuencia portadora de 120 kHz. Todo el procedimiento se denomina modulación de código de impulsos (PCM). Con el fin de suprimir las influencias perturbadoras de la red eléctrica, las entradas sólo están abiertas una fracción de tiempo de la totalidad del tiempo de funcionamiento, para poder recibir las señales de emisión. Este espacio de tiempo se produce inmediatamente después del paso por cero de la tensión de la red, momento en el que la probabilidad de perturbación o fallo es menor. Este sistema trabaja a través de redes de corriente alterna y de corriente trifásica. Para poder llegar, en las redes de corriente trifásica, a todos los aparatos distribuidos por las diferentes fases, se emiten los paquetes de impulsos tres veces, cada impulso desplazado frente al impulso anterior por la 2

Bricolaje.- Del francés, “hágalo usted mismo”.

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amplitud del desplazamiento de fases. Es decir, cada fase transporta independientemente su propia señal al correspondiente paso por cero. Las órdenes para conmutar, conectar o controlar, las reciben los receptores en dos datagramas emitidos por un emisor. El datagrama 1 activa la dirección deseada del aparato (1-16) de código domiciliario (A-P). El datagrama 2 activa una de las funciones posibles p.ej. “conectado”, “desconectado”, “todos los dimmer conectados”, “todo desconectado”, etc. Un datagrama está compuesto por 11 unidades de información o bits. La duración de emisión de cada uno de estos datagramas es de 220 milisegundos. Cada uno se compone de cuatro partes de información: Código inicial: 2 bits. Código domiciliario: 4 bits. Código de aparatos/funciones: 4 bits. Identificación de aparatos/funciones: 1 bit. Los receptores sólo responden a un datagrama completo, valorando únicamente los que se encuentran en tensión de emisión superior a 50 m V. Si el último bit transmitido es un “0”, se emite un datagrama de dirección, si es un “1 “, se ha recibido un datagrama de función. Todos los datagramas, para mayor seguridad, se emiten dos veces. La duración de emisión se duplica así, a 440 milisegundos. Por tanto, los datagramas de direcciones y función precisan 880 milisegundos. Entre el arranque del datagrama y la realización de la función, transcurre, por lo tanto, aproximadamente 1 segundo.

Figura III.10 Estructura de un datagrama X10

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Para el ajuste del código domiciliario deseado, los puestos de control están provistos de un conmutador rotativo, accionable desde el exterior, con 16 letras desde la A hasta la P, o bien cuenta con un teclado apropiado. La dirección de aparato deseada y la función que se pretende realizar, son activadas pulsando las correspondientes teclas de mando. Los receptores cuentan con dos conmutadores rotativos, uno para el código domiciliario A-P, y el segundo para la codificación numérica de 1 hasta 16. Si en varios puestos de control se ajusta la misma dirección, dichos aparatos se conectan como un grupo. En los circuitos X10®, los amplificadores trabajan de la siguiente forma: el amplificador vigila el circuito de señales en todas las fases en busca de señales. Tras el envío de un datagrama de dirección, lo repite, amplificado a las tres fases, exactamente en el momento de la repetición de la señal original. Esto sucede igualmente con los datagramas de funciones, en los cuales se amplifican exclusivamente las órdenes de conexión, desconexión o conmutación. En la Figura III.11 se aprecia el funcionamiento de la amplificación:

Figura III.11 Proceso de amplificación en un circuito X10®

Como se puede ver, el datagrama es escuchado por el amplificador y se emite, ya amplificado, en el mismo momento de la repetición de dicho datagrama, a las tres fases inmediatamente después del paso por cero por cada fase. Gracias a la conexión del amplificador y al funcionamiento del mismo, puede prescindirse del acoplador de fases. En cada circuito de señales sólo puede instalarse un amplificador. En las instalaciones donde hay que emitir desde un punto central a muchos puntos descentralizados, se puede aprovechar la alimentación de la red desde la línea principal a cada una de las subdistribuciones como conductor de señales para el sistema. Para ello, la alimentación principal desde fuera, es filtrada con los bloqueos de frecuencia portadora suficientemente dimensionados (hasta 250 A). Si existe un transformador propio, puede prescindirse de los filtros, ya que el transformador actúa como obstáculo insalvable para señales de alta frecuencia.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). Cada subdistribución se dividirá en zonas con o sin componentes X10®. Los circuitos “NO X10®” se separarán, mediante bloqueos de la frecuencia portadora, de los circuitos X10®. Para ello hay que conectar los bloqueos de la frecuencia portadora de la manera siguiente: fase y neutro a los circuitos “NO X10®”, fase al circuito de señales X10®. En las proximidades del emisor central puede conectarse el amplificador, en lugar del acoplador de fases, para conseguir una mejora de la tensión de señales. Este amplificador actúa sobre las señales de emisión que, a través del suministro de energía, llegan a la línea principal y desde ella a cada distribución principal dentro de las subdistribuciones y, nuevamente desde aquí, hasta cada uno de los circuitos. Hay que cuidar que todas las cajas y enchufes estén situadas fuera del circuito de señales, para no recibir, a través de ellas, posibles perturbaciones. En aquellas instalaciones en las que las soluciones antes citadas comportarían tareas demasiado costosas para el filtrado, o en instalaciones industriales en las que varios sectores de transformadores hayan de combinarse en un sólo circuito de señales, se recomienda el empleo de la técnica de acoplamiento. También aquí, en cada subdistribución o en cada estación de transformador se separa un circuito de señales. En este caso, los bloqueos de las frecuencias portadoras se disponen ante los circuitos de señales como se explica a continuación: fase y neutro en dirección a la entrada de energía y fase en dirección al circuito de señales. De esta manera se forman dos circuitos descentralizados, cerrados, de señales. Estos circuitos pueden acoplarse entre sí en dos variantes: Acoplamiento Doble. Cuando el planteamiento del problema lo exija, y en caso de que todos los circuitos de señales deban intercomunicarse unos con otros, estos sistemas se acoplarán entre sí con acopladores de sistemas y un conductor de señales; es decir, que se acoplan para que trabajen en ambos sentidos. En la técnica del acoplamiento hay que tener muy en cuenta algunas peculiaridades. Como conductor de mando puede emplearse cualquier conductor de dos hilos no apantallado. Al disponer de señales menores de 24 V para la transmisión, pueden utilizarse también como canales de mando conductores de pequeñas tensiones ya existentes, como por ejemplo, cables telefónicos interiores no utilizados. Estos cables deberán tener como mínimo, una distancia de 5cm hasta otros cables de energía o de señales para evitar acoplamientos capacitivos. Este acoplamiento en dos sentidos une varios circuitos de señales, a través de un conductor, para formar una gran red. En una red de este tipo sólo podrá instalarse un único amplificador. Por ello, este amplificador debe disponerse en situación centralizada, para que todas las señales de emisión puedan llegar a él, y para que a su vez, todas las señales amplificadas puedan acceder desde el amplificador hasta todos los receptores.

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Figura III.12 Acoplamiento doble entre dos circuitos de señales

Acoplamiento simple (en un sólo sentido) Cuando las características de la red no sean suficientes para que una instalación de grandes dimensiones pueda trabajar con un solo amplificador, o cuando tan sólo se haya de transmitir desde un punto central, se ofrece como solución esta variante.

Figura III.13 Acoplamiento simple entre dos circuitos de señales

El radio opera en una o más de las siguientes bandas: 868-868.6 MHz (Europa). 902-928 MHz (Norte América). 2400-2483.5 MHz (Mundial). III.5.2. ZIGBEE®. ZigBee® (www.ZigBee.org) es un consorcio de compañías (más de 68 en la actualidad y creciendo) cuyo objetivo es promover soluciones de dispositivos de control Domótico e Inmótico garantizando la interoperabilidad de productos basados en el estándar PAN IEEE 802.15.4. El consorcio se compone de 6 miembros o compañías promotoras (Honeywell, Invensys, Mitsubishi, Motorola, Samsung y Philips) y el resto de miembros ordinarios, que incluyen a fabricantes de semiconductores, proveedores WISP, OEMs y otros. Las aplicaciones vislumbradas contemplan control de viviendas, conexión inalámbrica de periféricos de ordenador, control remoto de

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dispositivos electrónicos de entretenimiento (tales como TV, VCR, DVD/CR, etc.), control industrial, aplicaciones de control médico y gestión automática de bloques de vivienda en parcelas tales como seguridad perimetral, control de acceso, control de calefacción y aire acondicionado, etc.

Figura III.14 Logo de la alianza ZigBee

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El objetivo de ZigBee® ha sido crear un protocolo estándar para cubrir las necesidades del mercado de conexiones inalámbricas de bajo coste, bajo consumo, velocidades de transmisión baja pero suficiente para su función, así como seguridad y fiabilidad en las comunicaciones. La alianza ZigBee® y el grupo de estandarización IEEE 802.15 se han repartido el trabajo de desarrollo del nuevo estándar de la siguiente forma: El grupo 4 de IEEE 802.15 se ha encargado de desarrollar las normas para los productos WPAN (Wireless Personal Area Network) en las bandas de frecuencia de uso sin licencia. En concreto el estándar IEEE 802.15.4 especifica los niveles físicos y de acceso al medio (MAC) para dispositivos de muy bajo consumo y baja velocidad. Por su lado, ZigBee® ha implementado las funciones de la aplicación del dispositivo, la gestión de la red y de la seguridad. Tal como indica la Figura III.15, ZigBee® considera la capa física y el MAC definido por la norma IEEE 802.15.4 y se encarga de definir las funcionalidades asociadas a la capa de red (incluyendo los atributos de seguridad) así como el software asociado a los perfiles de aplicaciones. Por tanto, siguiendo el modelo ISO/OSI, las capas físicas y de enlace están definidas en IEEE 802.15.4, y las capas de red y de aplicación por ZigBee®, tal y como se indica en la Figura III.15.

Figura III.15 Sistema de capas

En otras palabras, ZigBee® es un protocolo inalámbrico normalizado para la conexión de una Red de Área Personal. Gracias a la aportación de fabricantes de silicio, de los proveedores de herramientas de desarrollo y sobre todo de la sencillez de implantación del protocolo (no requiere gran potencia de procesamiento ni gran cantidad de

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). memoria), los módulos ZigBee® serán los transmisores inalámbricos más baratos jamás producidos de forma masiva. Los transceivers pueden utilizarse en todo el mundo, por lo que se obtendrán ahorros en rediseño y certificación de productos. Wi-Fi, Bluetooth y ZigBee®. Tal vez la norma IEEE 802.15.4 nos parezca un número frío y desconocido, pero si recordamos que Bluetooth se basa en la norma IEEE 802.15.1 y que Wi-Fi se basa en distintas ediciones de IEEE 802.11, nos quedará más claro que estamos hablando de comunicaciones inalámbricas ya conocidas, pero cada una de ellas con distintas aplicaciones, véase la Figura III.16.

Figura III.16 Distribución comparativa entre ZigBee®, Bluetooth y Wi-Fi.

Durante años, la tecnología inalámbrica ha estado ligada a tecnologías como Bluetooth o Wi-Fi, que transmiten datos a velocidades suficientemente altas como para poder soportar aplicaciones complejas. Pero no todos necesitan esas altas velocidades. Con las redes tipo malla que propone ZigBee®, tanto los mensajes como los componentes son sencillos, de manera que cada nodo puede actuar como una estación repetidora. Dentro del hogar hay muchas aplicaciones donde tienen la necesidad de tener una comunicación, como Internet, conexión de diversos PCs, redes de audio y video, automatización del hogar y seguridad. Cada una de estas aplicaciones tiene diferentes necesidades de ancho de banda, costos y procedimientos de instalación. Con Internet las mayores preocupaciones de los diseñadores son satisfacer la necesidad de compartir conexiones de alta velocidad. En el otro lado, las aplicaciones de automatización del hogar y aplicaciones de seguridad no necesitan esta alta velocidad, no necesitan manejar protocolos muy pesados, que afectarían seriamente en el consumo de energía, requerirían de mayor poder de procesamiento y un alto coste.

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En aplicaciones del hogar, si se coloca un crono-termostato en una habitación, la temperatura no varía muy rápidamente por lo que solo es necesario enviar datos unas pocas veces por hora. Para este tipo de aplicación se manejaría muy bien con un enlace inalámbrico de baja potencia y baja transferencia de datos. El uso de cables sería engorroso y con un alto costo de instalación. Además se prefiere que los aparatos consuman muy poca energía para evitar el cambio constante de las baterías. El Bluetooth, aunque se concibió originalmente como un sustituto del cable, es caro, de poca distancia y alto consumo. ZigBee® fue creado para transmitir datos usando muy poca energía, de forma que aquellos nodos que no puedan conectarse a la red eléctrica puedan lograr una vida para las baterías de varios años. Otra ventaja que aporta ZigBee® es la rapidez en conectarse y desconectarse a la red (tan solo 15 ms), mientras que Bluetooth necesita 2 segundos. Breve descripción del estándar Protocolo: ZigBee® utiliza el protocolo CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), es decir evita interferencias en las comunicaciones ya que los dispositivos escuchan antes de transmitir. Para aplicaciones de baja latencia también se pueden utilizar slots temporales en TDMA (Time Division Multiple Access). Bandas de frecuencia: A nivel físico existen dos posibilidades: 2,4 GHz disponible en todo el mundo, y 868/915 MHz (Europa/Estados Unidos). La primera permite una velocidad de 250 kb/s, mientras que las segundas tan solo de 20/40 kb/s, pero en aplicaciones con baja densidad de datos puede lograr mayor sensibilidad y mayores áreas de cobertura. Modulación: depende de la banda de frecuencia: para 2,4 GHz se utiliza modulación O-QPSK (Offset-Quadrature Phase-Shift Keying), y para 868/915 MHz se utiliza modulación BPSK (Binary Phase Shift Keying). Tipos de dispositivos: existen dos tipos de dispositivos dentro de una red ZigBee® (véase la Figura III.17): Dispositivo de función completa, que puede ser el coordinador de la red y puede hablar con cualquier dispositivo, o puede ser un enrutador para retransmitir el mensaje a través de la red. Dispositivo de función reducida, no puede ser coordinador y es de muy fácil implementación; es el sensor o actuador que actúa como dispositivo final. Topologías: admite redes tipo maestro-esclavo, punto a punto y la más interesante es la red nodal (mesh network). Véase la Figura III.17. Se usa el término “mesh” (malla) debido a que los enrutadores y el coordinador tienen múltiples opciones de trayectoria de comunicación. Los dispositivos finales están organizados en una red en estrella alrededor de un enrutador o coordinador. Esta estructura de estrella es la típica manera en que operan la mayoría de las redes inalámbricas de bajo coste. ZigBee ® mantiene este bajo coste mientras que añade potencia con la conexión de redes nodales o en malla. Las redes en malla permiten la formación de trayectorias desde cualquier dispositivo origen a cualquier dispositivo destino. Puede haber

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múltiples rutas para las comunicaciones de dispositivos y las trayectorias viables están almacenadas en la tabla de enrutamiento de la red. Esta característica no se encuentra en la mayoría de los estándares de conexión de redes de radio. Seguridad: el estándar IEEE 802.15.4 proporciona tres niveles de seguridad: Sin seguridad. Control de acceso a listas (sin seguridad criptográfica); los dispositivos mantienen una lista del resto de dispositivos de la red en los cuales se puede confiar. Seguridad con clave simétrica utilizando el algoritmo AES (Advanced Encryption Standard), con claves de 128 bits, así como temporizadores de refresco de paquetes (para contrarrestar reply attacks). Para minimizar costos en dispositivos que no lo requieren, el método de distribución de clave no se especifica en el estándar pero se debe incluir en capas superiores de las aplicaciones. Se especifican 3 tipos o clases de entidades funcionales: Coordinador de Red, dispositivos de funcionamiento completo (FFD) y dispositivos de funcionamiento reducido (RFD), en orden decreciente de funcionalidad, complejidad y coste. El Coordinador de Red y los FFD implementan toda la funcionalidad definida en ZigBee® (lo que requiere aprox. 28 Kbytes de memoria), mientras que los RFD solo implementan un subconjunto para propiciar el ahorro de costes y energía (requiriendo aprox. 12Kbytes). El coordinador de red recibe información constantemente, transmite los beacons o pilotos en su caso, establece la red, gestiona los nodos bajo su control almacenando la información asociada a cada nodo, y se encarga de enrutar mensajes entre nodos pareados. El coordinador requiere memoria extra (en comparación con los FFD) ya que tiene que guardar la base de datos de los dispositivos de cada nodo, la tabla de transacciones y la tabla de elementos pareados entre sí. Los otros nodos de la red se alimentan generalmente con pilas, buscan por redes disponibles (a las cuales poderse asociar), y una vez en una red transfieren los datos de su aplicación cuando es necesario. También determinan si existen datos pendientes por enviar y pueden pedir datos del coordinador de red. Pueden estar “dormidos” por periodos muy largos de tiempo.

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Figura III.17 Topología de la red Zigbee

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El MAC define tan solo 26 primitivas (en comparación, por ejemplo, con las 131 primitivas MAC del Bluetooth), y se intenta que los elementos implementables se basen en estructuras de microcomputador de 8 bits muy sencillas (como por ejemplo el 80c51). Otra de las características relevantes es que presentan un ciclo de trabajo muy bajo (inferior al 0.1%), con lo que solo “despiertan” en el momento de enviar o recibir información, permaneciendo “dormidos” la inmensa mayor parte del tiempo. La combinación de toda la funcionalidad antes descrita de la capa física y el MAC permite pensar en dispositivos capaces de funcionar hasta 30 metros (sin amplificadores de potencia) y con autonomía de años Dado el número de participantes en el consorcio ZigBee®, se considera garantizada la multiplicidad de suministradores de este tipo de productos. Otra característica importante que el consorcio ha analizado es la de poder extender esta tecnología a los dispositivos ya existentes. En este sentido, algunos fabricantes ya han comenzado a incluir “conectores extensibles” a sus productos actuales, al objeto de asegurar una migración futura de estos productos hacia ZigBee®. La estimación de BOM (Bill Of Materials) de 3€ permite pensar en precios para los elementos ZigBee® en torno a los 25€ inicialmente para evolucionar rápidamente hacia los 10€ (para cantidades de 10Kunidades).

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Figura III.18 Tipo de dispositivos y ejemplo de topología tipo malla (mesh).

III.5.3. KNX® (antes KONNEX). La tecnología KNX® es el resultado de la experiencia y el conocimiento adquirido durante los últimos 15 años de las tecnologías European Installation Bus (Bélgica EIB), European Home System Association (Holanda EHS) y Batibus (Francia BCI)

Figura III.19 Logo KNX®

KNX® Association es el creador y propietario de la tecnología KNX® – es un estándar abierto para todas las aplicaciones de control de la vivienda y el edificio, como por ejemplo el control de la iluminación y las persianas, así como variados sistemas de seguridad, calefacción, ventilación, aire acondicionado, monitorización, alarma, control de agua, gestión de energía, contador, así como electrodomésticos del hogar, audio/video y mucho más. KNX® se trata de un protocolo de comunicaciones estándar, multimedio y abierto, Normalizado en Europa cuyo ámbito de actuación se reduce a viviendas y, en menor medida a edificios. KNX® es la resultante de unir otras tres tecnologías, BATIBUS, EIB y EHS, buscando obtener una resultante más potente de lo mejor de cada una de ellas, aunque la base sobre la que se sustenta es EIB (European Installation Bus). Esta unión se produjo por la irrupción en Europa de LonWorks® (LON: Local Operating Networks), que de la mano de ECHELON® y diferentes fabricantes, fue poco a poco “comiéndole” mercado a las anteriores, mostrándose como un protocolo más rápido, fiable y robusto.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). KNX® es un estándar europeo aprobado (CENELEC EN 50090 y CEN EN 13321-1) y un estándar internacional (ISO/IEC 14543-3). Este estándar se fundamenta en más de 15 años de experiencia en el mercado, que incluye a sus predecesores EIB, EHS y BatiBUS. Más de 100 compañías miembros por todo el mundo de diversas aplicaciones cuentan con casi 7,000 grupos de productos certificados KNX® en sus catálogos. KNX® Association tiene acuerdos de asociados con más de 21,000 compañías instaladoras en casi 70 países. KNX® es un estándar internacional aprobado para el control de viviendas y edificios. KNX® cumple con los requisitos de los estándares europeos, el CENELEC EN50090 y el CEN EN 13321-1. Su reciente aprobación como estándar internacional (ISO/IEC 14543-3) confirma ahora la importancia mundial.

Figura III.20 Situación actual de las diferentes redes en un hogar

KNX® es un protocolo multimedio, es decir, podremos transmitir las señales por cable dedicado (BUS), Power Line, RF (radiofrecuencia, aquí le gana la partida a LON) y en breve se espera a los infrarrojos. La velocidad de transmisión, en el caso de KNX® es de tan solo, 9,600 bps (aquí LON le gana la partida, 78,125 bps, pudiendo llegar hasta 1 mega, sin embargo, la velocidad de KNX® es más que suficiente para transmitir la información que se genera entre los dispositivos, ya que por ejemplo en casas, hoteles y grandes instalaciones no existen problemas de tiempo, cuellos de botella ni nada por el estilo. Por otro lado, saliendo del bus (unidad mínima en la estructura KNX®) se puede pasar a TCP/IP con las velocidades que todos conocemos; en resumen, la velocidad es la justa y necesaria), mientras que las longitudes máximas de bus, sin incluir un router o repetidor, pueden llegar teóricamente hasta 1,000 metros (aunque este valor teórico disminuye en la realidad, ya que su baja velocidad de transmisión, lo penaliza obligando a segmentarlo).

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La herramienta de programación es única, y se denomina ETS (Engineering Tool Software). Las especificaciones anteriores a KNX® aparecieron a principios de los 90 de la mano de Batibus, EIB y EHS. En aquel momento nadie podía predecir su futuro en común. Estas tres importantes soluciones avanzadas para el control de viviendas y edificios en Europa, intentaron primeramente desarrollar sus mercados separadamente, tratando de hacerse un lugar en la estandarización europea. Batibus lo hizo especialmente bien en Francia, Italia y España, mientras que EIB lo hizo en los países de lengua germana y del norte de Europa. Por su parte, EHS fue la solución preferida para fabricantes de productos de gama blanca y marrón. En 1997 estos tres consorcios decidieron unirse con el fin de desarrollar conjuntamente el mercado del hogar inteligente, acordando estándares industriales comunes que también podrían ser propuestos como estándar internacional. La especificación KNX® fue publicada en primavera de 2002 por la recién establecida KNX® Association. La especificación está basada en la especificación de EIB completada con los mecanismos de configuración y medios físicos nuevos originalmente desarrollados por BatiBUS y EHS. En diciembre de 2003 el protocolo KNX® así como los dos medios de transmisión TP (par trenzado) y PL (línea eléctrica) fueron aprobados por los comités nacionales europeos y ratificados por el CENELEC Bureau Technique, como estándar europeo EN 50090. KNX® en radio frecuencia ha sido aprobado en mayo de 2006. KNX®, además de ofrecer especificaciones para la automatización de equipos de instalación eléctrica, ofrece soluciones para aplicaciones HVAC (Calefacción, Ventilación y Aire Acondicionado). Por este motivo la Asociación KNX® también propuso sus especificaciones al CEN (Comité Europeo de Estandarización), para su publicación como estándar europeo de sistemas de control y automatización de edificios. CEN aceptó la propuesta y las especificaciones de KNX® fueron publicadas por el CEN como Norma Europea EN 13321-1. En vista del gran interés fuera de los países europeos por productos compatibles KNX® y su sólida tecnología, KNX® Association también dio los pasos necesarios que su estándar fuera aprobado a nivel internacional. De esta manera, a finales de 2004 los países activos en CENELEC TC 205 propusieron la norma europea para estandarización EN 50090, para su estandarización internacional, por la International Standards Organisation ISO/IEC. En noviembre de 2006 el protocolo KNX® ha sido aceptado, incluyendo todos los medios de transmisión (TP, PL, RF, IP) como ISO/IEC 14543-3-x para publicarse como Estándar Internacional. De esta manera KNX® es el único estándar abierto de gestión técnica de viviendas y edificios a nivel mundial. Ahora que KNX® es Estándar Internacional se fomentará la confianza de los usuarios y desarrolladores en la implementación de controles inteligentes en las viviendas y edificios por todo el mundo. El estándar publicado es una

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gran ayuda para todos aquellos interesados en el control de viviendas y edificios. KNX® Association espera que tras la publicación de sus especificaciones por la ISO/IEC se desarrolle considerablemente el mercado de los hogares inteligentes, y ofrece sus servicios a fabricantes, instaladores y usuarios de todo el mundo. Proveedores no-europeos de productos basados en ISO/IEC 14543-3-3X, se beneficiarán de un mercado europeo, altamente desarrollado en KNX®, y por lo tanto, con sus productos certificados KNX®, pueden acceder a una base de clientes muy bien establecida. Al mismo tiempo los proveedores e instaladores fuera de Europa estarán en disposición de desarrollar sus mercados de la vivienda, ya que pueden ofrecer una amplia gama de aplicaciones, nada más comenzar. Los miembros de la Asociación KNX® se benefician a nivel mundial del know how dentro de la asociación. También pueden integrar sus productos en una herramienta de puesta en marcha ETS (Engineering Tool Software), independiente del fabricante, y participar en los programas de investigación y sociedad de la asociación KNX®. KNX® soporta diferentes medios de comunicación. Cada medio de comunicación puede ser usado en combinación con uno o más modos de configuración, lo que permite a cada fabricante elegir la combinación perfecta para su segmento de mercado y aplicaciones. Par trenzado (KNX® TP): KNX® es transmitido a través de un cable bus separado, con una estructura jerarquizada en líneas y áreas. Corrientes portadoras (KNX® PL): KNX® es transmitido sobre la red eléctrica existente. Radio frecuencia (KNX® RF): KNX® es transmitido por señales de radio. Estos dispositivos pueden ser unidireccionales o bidireccionales. IP/Ethernet (IP KNX®): Este conocido medio de comunicación puede ser usado en conjunción con las especificaciones „KNXnet/IP‟, que permiten enviar tramas KNX® encapsuladas en tramas IP. KNX® puede ser acoplado a otros sistemas. Distintos fabricantes ofrecen pasarelas a otros sistemas, es decir a otros sistemas de automatización de edificios, redes de telefonía, redes multimedia, redes IP, etc. Las instalaciones KNX® pueden ser enlazadas a los objetos BACnetTM (como está documentado en el estándar internacional ISO 16484-5) o también tienen la posibilidad de conectarse, a través de interfaz con la tecnología DALI u otras tecnologías. Los objetivos de esta iniciativa, con el nombre de “Convergencia”, son:

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). Crear un único estándar para la Domótica e Inmótica3 que cubra todas las necesidades y requisitos de las instalaciones profesionales y residenciales de ámbito europeo. Aumentar la presencia de estos buses domóticos en áreas como la climatización o HVAC. Mejorar las prestaciones de los diversos medios físicos de comunicación sobre todo en la tecnología de radiofrecuencia. Introducir nuevos modos de funcionamiento que permitan aplicar una filosofía Plug&Play a muchos de dispositivos típicos de una vivienda. Contactar con empresas proveedoras de servicios como las telecos y las eléctricas con el objeto de potenciar las instalaciones de telegestión técnica de las viviendas o Domótica. En resumen, se trata de, partiendo de los sistemas EIB, EHS y BatiBus, crear un único estándar europeo que sea capaz de competir en calidad, prestaciones y precios con otros sistemas norteamericanos como LonWorks® o CEBus. Característica técnica de KNX®. Actualmente, los sistemas de gestión de recursos en casas y edificios se basan en soluciones específicas, con lo que es difícil o incluso imposible integrar estas soluciones en un único sistema de gestión para aprovechar la funcionalidad integrada. Además por necesidades de mercado se precisa de un sistema de comunicación electrónica que pueda soportar y proporcionar servicios de monitorización e información en casas y edificios. El estándar KNX® garantiza alta flexibilidad en el caso de cambios en las aplicaciones del sistema, permite una utilización óptima de la energía, mejora la seguridad de los edificios y el nivel de confort y permite reducir los costes de operación. KNX® se basa en la tecnología EIB, y expande su funcionalidad añadiendo un nuevo medio físico al estándar EIB y los modos de configuración de BatiBus y EHS. Gráficamente la arquitectura del sistema sería como muestra la Figura III.21. 3

Por Inmótica entendemos la incorporación al equipamiento de edificios de uso terciario o industrial (oficinas, edificios corporativos, hoteleros, empresariales y similares), de sistemas de gestión técnica automatizada de las instalaciones, con el objetivo de reducir el consumo de energía, aumentar el confort y la seguridad de los mismos.

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Figura III.21 Arquitectura KNX

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En cuanto al plano de funcionamiento, la versión 1.0 de KNX® contempla tres modos: S.mode (System mode): la configuración de Sistema usa la misma filosofía que el EIB actual, esto es, los diversos dispositivos o nodos de la nueva instalación son instalados y configurados por profesionales con ayuda de la aplicación software especialmente diseñada para este propósito. E.mode (Easy mode): en la configuración sencilla los dispositivos son programados en fábrica para realizar una función concreta. Aún así deben ser configurados algunos detalles en la instalación, ya sea con el uso de un controlador central (como una pasarela residencial o similar) o mediante unos microinterruptores alojados en el mismo dispositivo (similar a muchos dispositivos X10® que hay en el mercado). A.mode (Automatic mode): en la configuración automática, con una filosofía Plug&Play ni el instalador ni el usuario final tienen que configurar el dispositivo. Este modo está especialmente indicado para ser usado en electrodomésticos, equipos de entretenimiento (consolas, set-top boxes, HiFi, ...) y proveedores de servicios.

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Figura III.22 Modos de funcionamiento en KNX

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La plataforma KNX® es completamente compatible con las instalaciones EIB existentes, y se extiende su funcionalidad añadiendo nuevos medios físicos para una configuración y una funcionalidad más simple, tomadas de BatiBus. Al estar KNX® basado en el núcleo de protocolos de EIB los fabricantes de EIB podrán unir sus productos a la nueva plataforma de una forma sencilla. Por otro lado el modo-A de KNX® es compatible con el estándar EHS, ambas asociaciones tratan de asegurar la compatibilidad entre los dispositivos para ambos estándares. Se usará un convertidor de frames para asegurar esta compatibilidad. Ya que el Sistema KNX® tiene un protocolo de comunicación muy abierto, por lo que cualquier fabricante de cualquier sector puede decidir comunicar sus productos con los demás equipos del mercado bajo el estándar europeo. La topología del Sistema KNX® está compuesta por un Bus KNX® de 2 hilos con polaridad. Su topología es libre, si bien no permite anillos, y tiene una alimentación de 29 Vdc e información sobre el mismo par. Con una topología correcta y en un máximo de 15 áreas funcionales, pueden conectarse al sistema bus más de 58,000 dispositivos.

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Figura III.23 Topologías permitidas KNX

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Si su medio de transmisión es de par trenzado, utiliza tipos de cable certificado: YCYM 2x2x0.8 y I Y(St) Y 2x2x0.8 VDE 0815. También existe KNXNET IP para transmisión por Ethernet.

Figura III.24 Cable par trenzado

Por el contrario no existe compatibilidad con las instalaciones BatiBus existentes. La pila de protocolos es diferente entre ambos estándares, sin embargo como la capa física de BatiBus (par trenzado TP0) y la configuración modo-E se usan en KNX®, el producto hardware y la interfaz de usuario no cambian.

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Figura III.25 Sensores y Actuadores en una red de control KNX

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III.5.4. LonWorks® / LONTALK (Local Operating Networks). Echelon Corp.® surgió como una iniciativa de Mike Markkula (exdirectivo de Fairchild Semiconductor, Intel y Apple), que en 1990 desarrolló LonWorks®. Inicialmente se pretendía ocupar el espacio dejado por X10®, pero actualmente el ámbito de aplicación de este sistema abarca desde industrias, edificios, viviendas, automóviles y hasta cualquier otro dispositivo susceptible de ser controlado.

Figura III.26 Logo LonMark

LonWorks® es un sistema diseñado inicialmente por la compañía Echelon Corp.® e impulsado actualmente por la asociación LonMark Internacional de aproximadamente 250 fabricantes que siguen impulsando y mejorando el protocolo. La primera vez que se lanzó al mercado la tecnología LonWorks® fue en el año 1990. Desde entonces, se ha adoptado como estándar de facto a nivel mundial como tecnología para la comunicación de control. Desde hace años cumple estándares nacionales en Europa, Norteamérica y China. LonMark International es una organización sin ánimo de lucro, que apoya con sus miembros la evolución de estándares y la divulgación de tecnologías de red de LonWorks® para el control y la supervisión de equipos e instalaciones, anunció durante este 2010 que los miembros con derecho a voto del Comité Técnico (JTC 1) de la Organización Internacional para la Estandarización (ISO) y la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), han

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). adoptado la tecnología LonWorks® formalmente como ISO/IEC 14908, parte 1, 2, 3, y 4 por lo que LonWorks® ya es oficialmente un estándar mundial. El estándar consiste de cuatro partes: el protocolo esencial, cables telefónicos trenzados como medio de transferencia para el cableado con topología libre, el medio de transferencia Powerline4 y el uso del protocolo de internet (IP). El protocolo de comunicación empleado, LongTalk, es un protocolo de comunicaciones basado en el modelo de referencia OSI de ISO. Este protocolo (LongTalk) es abierto (previo pago de tasas hasta la versión 1). Los componentes básicos de una red LonWorks® son dos: Neuronas. Son unos circuitos integrados que contienen dispositivos de entrada/salida, tres microprocesadores y memoria en la que reside el sistema operativo. Ransceptores. Son dispositivos emisores-receptores que se encargan de conectar las neuronas con el medio de transmisión. Existe también un sistema de desarrollo, LonBuilder que consiste en un software y dos emuladores de neuronas que pueden comunicarse entre sí. Las neuronas („neuron chips‟), fabricadas por Toshiba y Motorola, constituyen el nodo básico de las redes de control. Mediante los transceivers se consigue que el protocolo de comunicación sea totalmente independiente del medio de transmisión utilizado (IR, PL, TP, etc.), y con la herramienta LonBuilder se pueden desarrollar aplicaciones orientadas a redes. Los medios de transmisión disponibles son cinco: Par trenzado (categoría IV) de cinco hilos: dos de datos, dos de alimentación y uno de tierra. Fibra óptica. Línea de baja tensión (Powerline). Radiofrecuencia. Cable coaxial. El protocolo de ese sistema implementa todos los niveles del modelo de referencia OSI, como se ilustra en la Tabla III.2. 4

Universal Powerline Bus (o UPB) es un protocolo para comunicaciones entre dispositivos usados para la automatización en el hogar. Este usa el cableado eléctrico para la señalización y control. UPB fue desarrollado por PCS Powerline Systems de Northridge California y liberado en 1999. Basado en el concepto de ubicuidad del estándar X10, UPB tiene una mayor tasa de transmisión y mayor confiabilidad. Mientras X10 sin firewalls especializados reporta una confiabilidad del 70-80%, UPB reporta que tiene una confiabilidad de más del 99%.

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Nivel 1. Físico 2. Enlace 3. Red 4. Transporte

5. Sesión 6 y 7.

Características principales Puede utilizar: PL, TP, IR, RF, CX y/ó FO CSMA/CA (con prioridad opcional) y CSMA/CD. La codificación es Manchester Diferencial Emisión de ACK y UNACK. Transmisión “mono”, “multi-” y difusión. Servicios de direccionamiento, etc. Servicios de mensajes hacia el exterior, desde el exterior, detección de duplicidades, posibilidad de autenticación, etc. Servicio de transportes tanto “mono” como difusión; repetición si UNACK, etc. Pregunta - respuesta Presentación / Aplicación Propagación de variables de redes, mensajes genéricos de paso, mensajes de gestión de la red, mensajes de diagnósticos de la red, transmisión de tramas externas, etc. ®

Tabla III.2 Protocolos implementados en LonWorks y equivalente OSI

En cuanto a la topología del cableado de la red, existe versatilidad para emplear cualquiera de las existentes (Figura III.27).

Figura III.27 Topologías utilizables en LonWorks

®

La topología en bus requiere de dos elementos de terminación en ambos extremos para su buen funcionamiento y se suele utilizar en aplicaciones industriales con fibra óptica o par trenzado. Las topología libre y en anillo, tan sólo necesitan de una terminación que se puede colocar en cualquier lugar. Por medio de un Bus (cable) de comunicaciones que une todas las plantas de la vivienda, los módulos conectados a él comparten información unos con otros. La gran ventaja de este sistema, es que queda abierto a la incorporación de nuevos elementos que se integren en la red, como pueden ser luces exteriores de jardín, riego automático, alarmas técnicas en calderas, etcétera; así como el hecho de disponer de un cableado virtual mediante el cual, en cualquier momento se puede reconfigurar la instalación para conseguir actuaciones y funcionalidades diferentes.

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®

Figura III.28 Las redes LonWorks son del tipo peer to peer.

Los principales fabricantes de esta tecnología son Echelon Corp.®, Isde , BJC® y Simon®. ®

Es necesaria la utilización de herramientas de programación, similares a las que se utilizan en procesos industriales para proyectos con LonWorks®. LonWorks® resulta muy adecuado cuando se trata de edificios donde el control de máquinas de climatización y las estrategias de ahorro energético priman sobre otras consideraciones. III.5.5. BACnetTM. El BACnetTM es un protocolo norteamericano para la automatización de viviendas y redes de control que fue desarrollado bajo el patrocinio de una asociación norteamericana de fabricantes e instaladores de equipos de calefacción y aire acondicionado.

Figura III.29 Logo BACnetTM

El principal objetivo, a finales de los años ochenta, era la de crear un protocolo abierto (no propietario) que permitiera interconectar los sistemas de aire acondicionado y calefacción de las viviendas y edificios con el único propósito de realizar una gestión energética inteligente de la vivienda. Se definió un protocolo que implementaba la arquitectura OSI de niveles y se decidió empezar usando como soporte de nivel físico, la tecnología RS-

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485 (similar al RS-232 pero sobre un par trenzado y transmisión diferencial de la señal, para hacer más inmune esta a las interferencias electromagnéticas). Incluso a principios de los años 90, cuando apareció el protocolo LonTalk usado en LonWorks®, esta asociación se planteó su inclusión como parte del protocolo BACnetTM, a pesar de que Echelon Corp.® demostró que no pensaba ceder los derechos de patente ni dejar de cobrar regalías por los chips que implementan el LonWorks®. Todo ello iba en contra de las bases fundamentales del grupo de trabajo BACnetTM como protocolo abierto. La parte más interesante de este protocolo es el esfuerzo que han realizado para definir un conjunto de reglas HW y SW que permiten comunicarse a dos dispositivos independientemente si estos usan protocolos como el EIB, el BatiBUS, el EHS, el LonTalk, TCP/IP, etc.… El BACnetTM no quiere cerrarse a un nivel físico o a un protocolo de nivel 3 concretos, realmente lo que pretende definir es la forma en que se representan las funciones que puede hacer cada dispositivo, llamadas "objetos" cada una con sus propiedades concretas. Existen objetos como entradas/salidas analógicas, digitales, bucles de control (PID, etc) entre otros. Algunas propiedades son obligatorias otras son opcionales, pero la que siempre se debe configurar es la dirección o identificador de dispositivo el cual permite localizar a este dentro de una instalación compleja BACnetTM. Actualmente existe incluso una iniciativa en Europa para la estandarización del BACnetTM como herramienta para el diseño, gestión e interconexión de múltiples redes de control distribuido. III.6. Comparación de las diferentes tecnologías. III.6.1. KNX® vs LON. KNX® (antes Konnex) y LonWorks® (llamado simplemente “LON”) son los dos sistemas abiertos más usados en la automatización de hogares y edificios, Domótica e Inmótica. Aunque rivales para algunos, son dos sistemas muy válidos dependiendo de para qué se utilicen. Uno de los informes comparativos más interesantes que se han hecho sobre este tema es la “Comparativa LonWorks® vs KNX®” de Alan Kell y Peter Colebrook. Estos son algunas de las comparaciones: a.- Fuente de alimentación. KNX® necesita una por línea, LON no, es parecido a la red Ethernet. b.- Programación (configuración) de los chips. Para programar los dispositivos en KNX®, hay que asignar una dirección física a los componentes uno a uno (al menos la primera vez), presionando el pin de programación, lo que puede ser bastante engorroso si hay un número importante de dispositivos a instalar. En LON los dispositivos vienen con un ID preinstalado y escrito en dos pegatinas mediante código de barras. Basta guardar una de ellas para

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tener el ID siempre a mano. Además los ID se pueden leer con un código de barras, lo que facilita bastante las instalaciones grandes. c.- Topología de cableado. En los dos existe la topología libre. En KNX® no se permite hacer bucles, mientras que en LON sí. Los bucles, si se producen por error, pueden dar muchos problemas en KNX®. Los bucles permiten que haya redundancia en LON en caso de rotura del cable. Aparte de esto, en LON existe la topología en BUS, que permite alcanzar mayores distancias que en KNX®, hasta 2,700 m. En KNX® está limitado a 1,000 m (con varias fuentes de alimentación, con una lo máximo es 350 m). d.- Cable. En KNX® existe un tipo de cable homologado (con varios fabricantes), apantallado sin poner a tierra. En LON hay varios tipos de cable que se pueden usar, pero si se usa uno apantallado hay que ponerlo a tierra. e.- Autentificación / encriptación. En LON se pueden enviar paquetes que requieran autentificación, aunque consumen bastante ancho de banda y no se suelen usar. En KNX®, en principio, no existe ninguno de los dos. f.- Herramientas de instalación / depuración. En KNX® se hace todo con el ETS (tanto instalación como depuración), software aceptado por todos los fabricantes para instalar la red y hacer depuración. En LON hay diferentes softwares, aunque hay uno de Echelon Corp.® el LonMaker, que es válido para todos los productos. Para hacer depuración se necesita un analizador de protocolos, el LonScanner. El precio del ETS y del LonMaker es parecido (unos 800€ aproximadamente). g.- Recuperación de la base de datos. Al llegar a una instalación, LON permite recuperar información del estado de la red, componentes, conexiones entre ellos…etc., siempre y cuando se tenga un “mapa” de la instalación (cualquiera no puede llegar y conocer toda la instalación). En KNX® esto no es posible, se necesita el proyecto original. h.- Tecnología de acceso al medio. Los dos usan CSMA-CD, bastante parecida. i.- Velocidad de transmisión (sobre cable). En KNX®, 9,600 bps y en LON 76,000 bps, una diferencia apreciable. j.- Torre de protocolos. En LON se implementan todos los niveles OSI, mientras que en KNX® solo 5. LON está pensado desde su concepción para su interconexión con redes LAN IP. k.- Tipos de datos. En KNX® hay unos tipos de datos estándar que son los únicos que se pueden usar. Con eso está asegurado que todos los productos del mercado se pueden comunicar. En LON hay tipos estándar (más de 180), las SNVTs (Standar Network Variable Type), pero además hay otras que pueden ser específicas del componente, las UNVTs (User Network Variable Type).

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l.- Transmisión por IP. En ambos sistemas se pueden encapsular los mensajes sobre IP y utilizar Internet (TCP/IP) como medio de transmisión. Además KNX® ha implementado recientemente el protocolo KNX® IP, por el cual los dispositivos se pueden comunicar directamente sobre IP (sin encapsular). m.- Productos y Distribuidores. En Europa hay un mayor número de dispositivos y de distribuidores de KNX®. Aunque de LON hay varias empresas que se dedican al desarrollo de productos y a su distribución, el catálogo de productos y de aplicaciones de KNX® es, en general más amplio. Lo que no quita que cada uno tenga su mercado: KNX® quizá esté más orientado a la Domótica e Inmótica (pensada con el usuario particular como objetivo) y LON más a la Inmótica e Urbótica (con la instalación como objetivo). De cualquier forma, ambas son dos tecnologías fiables y robustas que se pueden utilizar con seguridad. La compañía Control4 ofrece controladores de alrededor de $100 USD y fue el primero con un regulador de intensidad residencial. III.6.2. X10® vs ZigBee®. ZigBee® tiene controles tanto comerciales como industriales. Grandes fabricantes han seguido este estándar como Control4, AMX, Crestron y Vantage. Su ventaja es el bajo costo y que no requiere de cableado extra para funcionar. El mercado principal de esta tecnología es el de instalaciones de Domótica pequeñas. X10® es muy atractivo cuando uno lo desconoce todo en Domótica, esto por la facilidad que supone el uso de la red eléctrica, aunque es simple y propietario. El protocolo x10® dispone de muchos productos en el mercado lo cual permite su fácil instalación y configuración. “La tecnología es propietaria y no disponible para terceras partes. Esto influye en la escasa capacidad de integración de dispositivos. Tan solo se dispone de módulos externos que se interponen entre la alimentación del dispositivo y la red eléctrica. El protocolo es demasiado limitado, ya que solo permite operaciones del tipo encendido/apagado, y sus posibilidades de extensión son muy escasas”. III.7. Las aplicaciones de la Domótica. Los servicios que ofrece la Domótica se pueden agrupar según cinco aspectos o ámbitos principales: Ahorro energético: El ahorro energético probablemente no es algo tangible, sino un concepto al que se puede llegar de muchas maneras. En muchos casos no es necesario sustituir los aparatos o sistemas del hogar por otros que consuman menos energía, sino haciendo una gestión eficiente de los mismos. Climatización: programación y zonificación.

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Gestión eléctrica: Racionalización de cargas eléctricas: desconexión de equipos de uso no prioritario en función del consumo eléctrico en un momento dado. Gestión de tarifas, derivando el funcionamiento de algunos aparatos a horas de tarifa reducida. Uso de energías renovables. Confort: Conlleva todas las actuaciones que se puedan llevar a cabo que mejoren el confort en una vivienda. Dichas actuaciones pueden ser de carácter tanto pasivo, como activo o mixtas. Iluminación: Apagado general de todas las luces de la vivienda . Automatización del apagado/ encendido en cada punto de luz. Regulación de la iluminación según el nivel de luminosidad ambiental. Automatización de todos los distintos sistemas/ instalaciones / equipos dotándolos de control eficiente y de fácil manejo. Integración del portero al teléfono, o del videoportero al televisor. Control vía Internet. Gestión Multimedia y del ocio electrónico. Generación de macros y programas de forma sencilla para el usuario. Seguridad: Consiste en una red de seguridad encargada de proteger tanto los Bienes Patrimoniales y la seguridad personal. Simulación de presencia. Alarmas de Detección de incendio, fugas de gas, escapes de agua, concentración de monóxido en garajes. Alerta médica. Teleasistencia. Cerramiento de persianas puntual y seguro. Acceso a cámaras IP Comunicaciones: Son los sistemas o infraestructuras de comunicaciones que posee el hogar. Ubicuidad en el control tanto externo como interno, control remoto desde Internet, PC, mandos inalámbricos (p.ej. PDA con WiFi), aparellaje eléctrico. Transmisión de alarmas. Intercomunicaciones. “Particularmente las funciones de automatización que presentan un alto nivel de ahorro de energía potencial combinado con usos individuales sólo pueden ser logrados hoy con el uso de sistemas de control casas y de edificios basado en sistemas modernos de control”.

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III.8. Equipo utilizado en aplicaciones de Domótica. El proyecto de integración de sistemas de Hogar Digital de la vivienda se ha realizado diseñando la conectividad e integración de sistemas tecnológicos sobre cuatro subsistemas independientes: Bus KNX®/EIB, Cableado estructurado de CAT 6, Red de Seguridad, Red de Audio/Video. III.8.1. Ejemplo de un proyecto pequeño. La intención es utilizar para ello el mínimo número de componentes, dado que en esta fase inicial se quiere empezar a analizar cuáles son las posibilidades de desarrollo de software que ofrece. Por tanto, se ha pensando en poner en marcha un bus KNX® simple, al que poder conectar alguna salida simple (un foco por ahora) e ir ampliándolo conectando algunos sensores e interactuando con ellos desde software (temperatura, sensor lumínico) o añadir algún dispositivo de salida más complejo (tal vez un dimmer, ...) para ir acercándose a las necesidades de una instalación real. Pero esto se puede ir haciendo progresivamente. En cuanto a los fabricantes, elegiremos al fabricante Zennio que, aunque su catálogo no es muy amplio, cubre la mayoría de necesidades que pueden surgir en una instalación Domótica simple y tienen una relación características/precio muy competitiva. También se utilizará un sistema Domótico KNX® básico + una pasarela KNX/IP que se utilizará para configurar el sistema desde una PC. En relación a esto último, la gente del Instituto de Automatización de la Universidad de Viena tienen un software para el manejo del sistema KNX®, que incluye Calimero, una librería con la que se puede configurar al sistema desde Java. En relación a la maqueta KNX®, se han pensado los siguientes componentes: 1 ACTinBOX Classic: Con 6 entradas y 4 salidas con lo que se tendrá suficiente para empezar.

Figura III.30 Módulo ACTinBOX Classic

Ejemplo de Configuración: Consideremos una instalación en la que se necesita manejar un punto de luz.

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En este caso el ACTinBOX podría parametrizarse de la siguiente manera: Canal A = Salidas Individuales Canal B = Canal de Persiana (opcional) Salida 3 = Normalmente Abierta Salida 4 = Deshabilitada

1 ZPS160M: Módulo de alimentación del bus.

Figura III.31 Módulo ZPS160M

Instalación y conexión. La instalación de esta unidad de fuente de alimentación KNX® debe ser, exclusivamente, en un riel DIN de 35mm. en cajas de distribución o en cuadros eléctricos. Asegurarse de que haya la suficiente ventilación para prevenir que el rango de temperatura admisible del dispositivo no sea excedida. La alimentación principal debe conectarse a los terminales L, N. La línea de salida con bobina integrada KNX® debe conectarse mediante un conector estándar KNX® (rojo-gris. Pueden conectarse dos fuentes de alimentación en paralelo si la longitud de línea bus entre dichas fuentes es de más de 200m. Cable BUS: Usar cable certificado KNX®. 1 pulsador cualquiera: No se necesita de ningún tipo de pulsador especial, disponiendo de la ACTinBOX Classic. Cualquier pulsador con contactos libres de potencial de una tienda de electricidad debería servir. 1 portalámparas con bombilla.

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III.9. Resumen. III.9.1. Historia de la Domótica: pasado, presente y futuro. La evolución marca el ritmo de la vida y las casas tampoco pueden escapar a ella. De la cueva con fuego, para calentar e iluminar, a las antorchas, las velas, el candil y por último: la electricidad. La electricidad nos ha permitido elevar el nivel de confort en nuestras casas y ha dado paso a la entrada de los electrodomésticos: lavadora, frigorífico, lavavajillas, horno, placas vitrocerámicas,… máquinas capaces de realizar tareas cotidianas de forma casi autónoma (aun queda por solucionar la carga y descarga de las mismas), elevando nuestro nivel de confort a cotas en otro tiempo inimaginables. Estas máquinas no existirían sin el desarrollo de una nueva evolución: la electrónica, permitiendo realizar programaciones (rutinas), que regulan cada proceso (lavado en frio, grabación de un video,…). La siguiente evolución que ha llegado es la: Domótica, que se encarga de la integración y regulación de ambos sistemas (eléctricos y electrónicos), de tal manera que “la casa” es capaz de “sentir” (detectar la presencia de personas, la temperatura, el nivel de luz,…) y reaccionar por sí sola, a estos estímulos (regulando el clima, la iluminación, conectando la alarma,…), al mismo tiempo que es capaz de comunicarse e interactuar con nosotros (telecontrol) por multitud de medios (pantalla táctil, PC, móvil,...), llegando a elevadas cotas de confort, seguridad y sobretodo: ahorro energético. La Historia de la Domótica comprende una serie de etapas, desde los primeros protocolos orientados al "control remoto", hasta los grandes protocolos capaces de realizar "funciones lógicas complejas", para satisfacer las más exigentes programaciones de regulación y preparados para la verdadera Revolución Domótica: La autorregulación. III.9.2. X10®: el inicio a finales de los '70. Varios expertos opinan que la Historia de la Domótica la inició X10® en 1975, creado para el telecontrol y basado en corrientes portadoras o Power Line (PL). Este sistema de protocolo estándar se extendió mucho por Estados Unidos y en Europa (sobretodo en Reino Unido y España). La sencillez y sobretodo la accesibilidad al protocolo, derivó en multitud de aplicaciones (software y hardware), una variada red de distribución, incluso bajo internet (teletienda), así como la creación de marcas con productos X10® (DiLArtec) que pasaron a instalarse de forma masiva en grandes promociones inmobiliarias. En la actualidad se siguen creando empresas alrededor de X10®, aportando novedades como control de voz, integración multimedia,...y miles y miles de aplicaciones diseñadas por usuarios de este protocolo.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). Por otra parte, el principal problema de X10® está en su "génesis", usando las corrientes portadoras para transmitir la señal, esta depende directamente de la calidad con que llegue a nuestros hogares y por tanto es muy vulnerable a las frecuentes alteraciones de la misma. Existen filtros que amortiguan ese efecto, o lo minimizan, pero nunca consiguen erradicarlo del todo, ...la mayoría de los usuarios de X10® "conviven" con estos problemas, añadido a que solo se pueden controlar sistemas con regulaciones sencillas (ON/OFF), lo descartan para regulaciones con funciones lógicas más complejas (ej.: climatización),... III.9.3. Nacimiento de los Protocolos Estándar: KNX® y LonWorks® (LON). Al mismo tiempo que se extendía el protocolo X10®, grandes empresas del sector eléctrico, relacionadas con el mundo del autómata, pensaron en dar más utilidades a los “autómatas programables” y sacarlos de las tareas de regulación y control en las fábricas, para llevarlos a controlar los sistemas de las viviendas. Así nacieron EIB, Batibus y EHS, que luego se fusionarían en uno: KNX®. BatiBus (con fuerte implementación en países como Francia o Italia) EIB (en países de habla alemana) EHS (utilizado en las líneas blanca y marrón). Estas tres Asociaciones decidieron unir fuerzas a finales de los 90, y crear un estándar común: KNX®. En 2002, la recién creada KNX® Association, con sede en Bruselas, presentó el nuevo estándar, que está basado en buena parte en la tecnología EIB, y reforzado con los sistemas de transmisión de datos que ofrecían BatiBus y EHS. Durante un corto periodo de tiempo, este sistema se llamó “Konnex”, pasando a la actual denominación KNX®. Desde entonces ha experimentado un constante crecimiento sin precedentes. Si en 2005 existían unos 80 fabricantes de productos KNX®, en el 2007 ya eran 107, y a finales del 2008 cerca de 140. Expandiéndose a otros países donde esta tecnología era poco conocida como: Estados Unidos, China, Eslovenia o Emiratos Árabes Unidos, aprovechando que es un estándar mundial (ISO/IEC 14543-3). A la par, en Estados Unidos, nacía LonWorks®, que tuvo sus orígenes entre los productos que fabricaba Echelon Corp.®. En 1999 el protocolo de comunicación (llamado LonTalk) fue normalizado como estándar de control de redes según la norma: ANSI/CEA709.1-B. Posteriormente otras aplicaciones del protocolo han sido normalizadas (desde transmisión por Power-Line o par trenzado, hasta control de trenes y frenos eletroneumáticos), hasta convertirse en un estándar europeo para Domótica en 2005 (EN 14908) y mundial ISO/IEC-14908.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). Al igual que KNX® ha sufrido un fuerte incremento en el número de fabricantes y de productos disponibles (se estima que en 2006 había 60 millones de dispositivos con tecnología LonWorks®). Actualmente la mayoría de las grandes empresas del sector eléctrico se han decantado por uno o ambos protocolos, de manera que se están posicionando fuertemente en el sector con múltiples productos y soluciones para: Domótica (viviendas), Inmódica (edificios y sector terciario) y Urbótica5 (control de sistemas, como el alumbrado público, en ciudades). III.9.4. La llegada de los Protocolos Propietarios. Al mismo tiempo, se desarrollaban multitud de protocolos aplicados a la Domótica como: Cebus, Modbus, Bus-CAN, BUSing, Dupline, xAP, xPL,…capaces de realizar las funciones necesarias para el control domótico. En Europa aparecieron marcas asociadas a los sistemas propietarios, como IHC (LK) en Dinamarca, Teletask en Bélgica o Deltadore en Francia, y sobre todo en España, donde se dio un BOOM de sistemas propietarios (Ingenium, Miniatec, Maxdomo, Vivimat,…), algunos verdaderamente ingeniosos usando el protocolo IP (v4) como IPdomo, para cubrir una demanda de “diferenciación” en el sector inmobiliario. Para cubrir más gama, se produjo una internacionalización de protocolos propietarios, unos de “gama media” como el canadiense: Cardio (Secant) o el americano: HAI y otros de “gama alta”, como los americanos: Vantaje o Creston. Llegando a distribuir sus marcas en los mercados domóticos europeos. Estos últimos ofrecían un punto de distinción, estética de lujo e integración multimedia muy avanzada. Las empresas del sector eléctrico que no disponían de sistemas domóticos en su catalogo, optaron por estrategias de franquiciado (SimonVIS), para ofrecer Domótica como ampliación de su gama de material eléctrico, mientras se construían su propio sistema y otras apostaron por desarrollar productos de los dos protocolos estándar más “fuertes” : KNX® (Zennio, Indomótika) y LON (BJC, ISDE, SimonVITA) En un mercado residencial, que demanda solo “partes” de aplicaciones Domóticas (ej.: alarma) y en pleno BOOM inmobiliario, aparecen los KITS domóticos, que trabajando de manera aislada, son capaces de controlar unas pocas entradas y salidas, con alguna función extra de telecontrol, así aparecen marcas como (SimonVOX, Zelio,…) que meten más presión al mercado compitiendo con el resto de sistemas domóticos completos. 5

El término Urbótica proviene de las palabras urbs (que significa ciudad en latín) y tica (de automática, palabra que en griego significa 'que funciona por sí sola'). Se entiende por urbótica al conjunto servicios e instalaciones públicas que se encuentran automatizadas con el fin de mejorar la gestión energética, la seguridad, el bienestar o confort y las comunicaciones de todos los usuarios de estos servicios públicos. Se podría definir como la integración de la tecnología en el diseño inteligente de una ciudad.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). III.9.5. Expansión de los protocolos estándar: KNX® vs LON y llegada de los sistemas inalámbricos. A partir de 2000, se ve un fuerte incremento de pequeñas empresas como fabricantes especializados en productos apoyados en los estándares: KNX® (Lingg&Janke, Arcus, Zennio, Indomotika,…) y LON (BJC, ISDE, SimonVITA,…), cubriendo nuevos nichos de mercado, compitiendo en precios, enriqueciendo la gama de productos y haciendo más fuerte al protocolo estándar que eligen. A partir de 2006 comienzan a surgir los sistemas domóticos inalámbricos RF (wireless), usando protocolos como: ZigBee® (Control4) y Zwave. Algunos se crean compatibles con X10® (INSTEON) y el resto son complementarios al sistema cableado como: IHC v3 (LK), KNX®, Zwave (Shneider), KNX® RF (Hager) o sistemas RF independientes (EnOcean) con pasarela a otros sistemas (KNX®, LON, X10®,…). Abriendo el abanico a la implantación de los mismos para vivienda construida y que por lo tanto no cuentan con una preinstalación Domótica y a funciones que los sistemas cableados no son capaces de acometer por si solos (ej.: mandos a distancia RF). En los últimos años de la década se observa un fuerte desarrollo de productos, en gama y capacidades, sobre todo en sistemas abiertos (KNX® y LON), muchos fabricantes de sistemas complementarios relacionados con la Domótica, como el fabricante SOMFY (automatismos de persianas y puertas) o el estándar DALI para iluminación, han creado pasarelas para conectar sus sistemas a estos estándares con normalización internacional (ISO), ampliando su mercado y pasando de sistemas aislados de "regulación local" a "sistemas integrados" en estándares domóticos. Todo esto: normalización internacional ISO, apoyo de grandes compañías eléctricas e integración mediante pasarelas de sistemas wireless y de sistemas complementarios a la Domótica, fortalecen aun más a los protocolos estándar más robustos: KNX® y LON, y esto se deriva en políticas de expansión desde sus actuales posiciones fuertes (KNX®: Europa y LON: Norteamérica) a nuevos mercados emergentes (Asia). III.9.6. El futuro de los sistemas domóticos. IP (v6). En el futuro, lo que parece más probable, es que ambos protocolos (KNX® y LON) se mantengan “vivos” orientando sus aplicaciones a diferentes mercados (ej.: KNX®: Domótica, KNX® & LON: Inmótica, LON: Urbótica). El resto de protocolos van a verse fuertemente eclipsados por estos grandes estándares, capaces de acometer complejos sistemas de regulación que junto a la integración con energías alternativas, puedan cubrir las fuertes expectativas de ahorro y eficiencia energética que pudieran ser impuestas por los gobiernos. El futuro de los protocolos propietarios va ser difícil, la mayoría tenderá a desaparecer o intentaran aprovechar sus estructuras y su know-how domótico

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en el desarrollo de nuevos productos que complementen su gama o cubran nichos desocupados, enriqueciendo todavía más la oferta y aumentando la competitividad en el sector. Esto se traducirá en mejores dispositivos y precios más baratos. Ya se ven movimientos en este sentido al aparecer grandes marcas como: Creston o Deltadore y también pequeñas como: Ingenium, en asociaciones como la KNX.org. También se observan alianzas entre protocolos como: KNX® y BACnetTM, de manera que ambos sistemas puedan "entenderse" e integrarse cuando las instalaciones así lo requieran. Lo que sí parece claro es que su futuro va a ir ligado al protocolo IP (v6), siendo este protocolo el medio de transporte de ambos: KNX® y LON, de modo que viajen encapsulados hacia los dispositivos. Los sistemas más fuertes KNX® y LON, y algunos protocolos propietarios (Creston) disponen en el mercado de pasarelas TCP/IP, de manera que ya están preparados para el "futuro IP". Esto simplificará el BUS de transmisión (UTP red Ethernet CAT6), el software de programación y facilitará la integración total con el resto de dispositivos VDI (Voz, Datos e Imagen: TV) y los complementarios: algunos ya IP, como cámaras CCTV y otros que acabaran siéndolo: electrodomésticos,…abriendo un mundo de posibilidades a servicios que entrarán a través de una pasarela común IP, tales como: tele mantenimientos, tele lectura de contadores, tele seguridad y gestión de alarmas, RSSfeed a la carta (noticias, el tiempo, cotizaciones de bolsa,…), telemarketing: ofertas de viajes, telecompra,… telemedicina y los servicios multimedia de ocio que ya están en pleno desarrollo como: MOD (Music On Demand), VOD (Video On Demand), IP TV,… convirtiendo nuestras casas en verdaderos: Hogares Inteligentes.

Figura III.32 Pasado, presente y futuro de las redes de control

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CAPÍTULO IV.

APLICACIÓN DE AHORRO DE ENERGÍA EN EL DISEÑO DE CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). IV.1.- Introducción. ¿Qué es una red de control? Una red de control está formada por un grupo de dispositivos llamados nodos, (cada uno, con uno o más sensores o actuadores), que se comunican (a través de uno o varios medios, usando una norma o protocolo de comunicación) para constituir una aplicación de monitorización, una aplicación de control o una aplicación de monitorización y control. Las redes de control son más comunes de lo que habitualmente creemos. Por ejemplo, nuestro coche puede tener varias redes de control como por ejemplo, el sistema de aviso del cinturón de seguridad, el sistema antibloqueo ABS o el sistema de gestión de encendido. Una red de control puede tener 3, 300 ó 30,000 nodos y poseer una complejidad variable desde un sistema inteligente de alumbrado hasta un sistema de instrumentación para aeronáutica (ambos son ejemplos de redes KNX® y Lonworks® existentes). Es posible controlar una alarma a partir de un simple sensor de ocupación, o gestionar el sistema de tráfico de una ciudad, controlando semáforos, flujo de tráfico, acciones de vehículos de emergencia, distribución de potencia, etc. Para mucha gente, las redes de control son más fáciles de entender poniendo como ejemplo casas inteligentes o casas dómoticas. No obstante, los sistemas donde más extendidas están las redes de control son edificios y fábricas donde se gestionan los ascensores o cadenas de fabricación de vehículos. Las redes KNX® y Lonworks® se usan para todas esas cosas y más. La comunicación entre los nodos puede ser punto a punto (control distribuido) o maestro-esclavo (control centralizado); en uno u otro caso, la inteligencia (capacidad de proceso y cálculo) de los nodos permite la distribución del proceso (los sensores pueden funcionar de manera inteligente, por ejemplo, realizando análisis local de los datos y su conversión, e informar sólo de cambios significativos en su entorno). Si las funciones de control son distribuidas, la ejecución y el rendimiento del sistema se mejoran drásticamente. La vivienda inteligente permite ahorrar energía administrando en forma racional el control de los artefactos, calefacción y refrigeración entre otros. Una vivienda inteligente puede proteger a la familia y los bienes utilizando los sistemas de seguridad adecuados para la protección de la vivienda contra robo, asaltos e incendio, utilizando sofisticados sistemas de vigilancia y seguridad. Además un hogar inteligente podrá notificar vía correo electrónico, SMS o página web de algún evento.

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La Domótica dentro de un hogar o edificio se puede dividir en 3 niveles dependiendo del nivel de integración: Nivel I: Autónomas. Se basa en la integración de sistemas simples, automatizados, con pocos elementos sencillos, como pueden ser: detectores de movimiento, reguladores de iluminación, alarmas técnicas (agua, humo, gas,...), etc., con sus funciones preestablecidas. Nivel II: Control del Hogar. Incluye la integración del Nivel 1 y permite una mayor interactividad por parte del usuario pudiendo establecer funciones múltiples o repetitivas. Está sobre todo enfocado a un mayor confort y ahorro energético, permitiendo funciones como la Simulación de Presencia, apagados parciales o totales del circuito de iluminación, etc., mediante sensores y actuadores. Nivel III: Control completo de todas las funcionalidades encontradas en una vivienda. Incluye la integración del Nivel 1 y Nivel 2. Es un bus que comunica varias funciones entre sí, cubriendo distintas áreas técnicas y permitiendo la programación de las mismas, aportando una gran flexibilidad a las configuraciones e integrando el control de toda la vivienda en uno o varios terminales que permiten una interacción continua con el usuario.

Figura IV.1 Niveles de integración

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Nivel 1: básico, 13 dispositivos mínimo para 3 aplicaciones Tarifa nocturna Programación calefacción Programación electrodomésticos Desconexión general del alumbrado

Nivel 2: medio, 30 dispositivos mínimo para 3 aplicaciones Ídem nivel básico Racionalización de circuitos

Detección y eliminación de fugas de agua y gas Simulación de presencia mediante iluminación programada u otras acciones

Ídem nivel básico Detección de incendio Detección de presencia

Ídem nivel medio Alerta médica,...

Confort

Visión de TV y video en diferentes estancias,...

Ídem nivel medio Accionamiento automático de persianas y toldos, Control de iluminación interior, Iluminación de presencia en garaje…

Comunicación

Mando para cargas

Ídem nivel medio Transmisión de alarmas, Video portero, ...

Gestión de energía

Protección personas y bienes

telefónico conectar

Nivel 3: superior, 45 dispositivos mínimo para 6 aplicaciones Ídem nivel medio Conexión automática y programación del alumbrado Activación alumbrado exterior

También a la hora de examinar o determinar el grado de complejidad que presenta un sistema domótico, se deberán tener en cuenta una serie de variables que van a ser las formen parte posteriormente la ecuación encargada de determinarnos la complejidad y por tanto la bondad de nuestro sistema, estas variables son: Complejidad de la instalación, vendrá representada por la variable CI, con una escala de valoración entre 0 y 10. Complejidad de puesta en marcha del sistema, en la ecuación de la complejidad la designaremos por CPM, al igual que antes con una escala entre 0 y 10. Complejidad para el usuario, dada por la variable CU, también con una escala del 1 al 10 para cuantificar su magnitud.

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Por tanto la ecuación que nos calcula y determina el grado de complejidad de una instalación domótica es la que sigue: Grado de complejidad = CI * CPM * CU Cuanto mayor sea el resultado de esta ecuación mayor será la complejidad del sistema, por tanto será más difícil de instalar y de usar por parte de los usuarios. IV.2 Elementos de Instalación. Son diferentes y variados los componentes que forman los sistemas de gestión técnica y automatización de viviendas, como pueden ser desde un mando a distancia para manejar la instalación pasando por la central que gestiona todo el sistema en una instalación centralizada. En esta gran cantidad de elementos que configuran una instalación, comenzaremos tratando dos elementos muy característicos y de vital importancia en una vivienda automatizada, estos son los sensores y los actuadores. Los sensores como ya se toco con anterioridad son dispositivos que se utilizan dentro del sistema para evaluar el estado de parámetros como pueden ser la temperatura ambiente, un escape de gas o de agua, etc. Los sensores mas normalmente utilizados son los que siguen: Termostato de ambiente cuya función es registrar la temperatura de la dependencia donde este situada y ante cualquier cambio permitir modificar la situación según la programación del sistema. Sensor de temperatura interior, cuya función es exclusivamente la de medir la temperatura de la estancia en la que se encuentre situada. Sensor de temperatura exterior, que tiene por misión optimizar el rendimiento del sistema de climatización mediante una eficaz regulación de su funcionamiento y/o carga. Sondas de temperatura para manejo de calefacción, cuya función es gestionar de forma eficaz el funcionamiento de los tipos de calefacción eléctrica como por ejemplo es el caso de las sondas limitadoras para suelo radiante. Sondas de humedad, que tienen por misión descubrir fugas de agua en aseos, cocinas, etc. Detector de fugas de gas, utilizadas para inspeccionar posibles anomalías y fugas en las instalaciones de gas presentes en la vivienda. Detector de humo y/o fuego, que nos avisara de los posibles incendios que se puedan producir. Detector de radiofrecuencia mas conocida como RF, que nos avisará de una alerta médica que proceda de un emisor portátil de radiofrecuencia accionado por alguna persona en dificultades. Sensor de presencia, que intentara descubrir el intrusismo de personas ajenas a nuestra vivienda.

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Receptor de infrarrojos, que tiene por función recoger las emisiones de ordenes de elementos tales como mandos a distancia. Los actuadores son dispositivos que son utilizados por los sistemas para cambiar el estado de las instalaciones o equipos a su mando dependiendo de la información enviada por un sensor. Los actuadores mas normalmente utilizados son los que siguen: Contactores o también denominados relés de actuación, normalmente montados en carril DIN, cuya función es actuar sobre elementos que precisan de un accionamiento como puede ser un equipo de aire acondicionado, la depuradora de una piscina o bien el sistema de riego del jardín. Contactores para base de enchufe, que conectan o desconectan una base de enchufe para conectar o desconectar la energía de una base de enchufe en función de los parámetros de ahorro energético que se le han dictado al sistema. Electroválvulas de corte de suministro de gas o agua, que actuaran como requerimiento del sistema ante la detección de un sensor de humedad o un detector de fuga de gas, cortando inmediatamente el suministro de la instalación que tenga algún desperfecto. Válvulas para la discriminación por zonas de la calefacción, adaptando el nivel de la calefacción de acuerdo con las directrices del sistema. Sirenas o zumbadores, que se utilizaran para los casos en que la detección de alguna alarma por parte del sistema sea necesario de señalización acústica o visual. IV.3 Pasos para realizar un proyecto domótico. Para planificar una instalación se debe definir en primer lugar cuates van ser las necesidades y que funcionalidades requiere el usuario. Para ella se tendrá que elaborar una lista de especificaciones. Estudio de planos eléctricos de la vivienda a instalar. Diseño de la preinstalación del sistema domótico. Ubicación de los elementos domóticos en el plano. Medición del proyecto domótico. Presentación del proyecto al cliente y oferta económica del proyecto. Instalación y Conexionado de los elementos domóticos. Puesta en marcha del sistema. Entrega del proyecto. IV.3.1 Determinación de la funcionalidad. Es muy importante tener clara la funcionalidad a funcionalidades requeridas para la instalación. Ella determinara el tipo y el número de componentes necesarios, así como los programas de aplicación requeridos que deben ser cargados en ellas.

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Se deberá tener en cuenta que combinaciones van a existir entre los distintos componentes, par ejemplo, si la regulación de iluminación va a ir combinada con el control de las persianas, si el control de la calefacción va a estar gobernado por programadores horarios en función de la hora o de la época del año, si se van a visualizar o cambiar temperaturas o estados de conmutación desde zonas o salas remotas, etc. También se podrán establecer medidas para el ahorro energético o medidas de seguridad para la prevención de intrusión a robos, para el control y el estado de funciones vía telefónica, etc. En ocasiones será necesario establecer comunicación con otros sistemas a redes, por ejemplo, con sistemas de visualización y control con redes RDSI, can redes de automatización conectadas a autómatas programables, con Internet, etc. IV.3.2 Instalaciones de la casa o edificio. Las distintas instalaciones (iluminación, climatización, seguridad etc.) del edificio pueden diseñarse e instalarse de forma separada y se pueden poner en marcha incluso por instaladores diferentes. La integración en la instalación KNX®/TP1 se puede hacer de distintas formas: Utilizando distintas instalaciones KNX®/TP1 para cada aplicación, de modo que haya independencia entre ellas y no haya intercambio de información. Utilizando un único bus KNX®/TP1 pero dividido en líneas especificas, cada una para cada tipo de aplicación, de forma que sea posible la intercomunicación y la transmisión de información entre los aparatos de cada una de ellas a través de los acopladores. Utilizando un único bus KNX®/TP1 con líneas en las que se incorporen simultáneamente las distintas aplicaciones, de forma que se reduzca el cableado y los componentes. IV.3.3 Cableado del bus de instalación KNX®/TP1. EI cableado representa el tendido de las líneas del bus KNX®/TP1 a lo largo del edificio. Debe hacerse de forma acertada para asegurar el cumplimiento de las necesidades actuales y de futuras ampliaciones o cambios. Esa distribución del cableado puede realizarse mediante rozas en las paredes, por debajo del suelo o a través del techo falso, en canalizaciones diferentes de la línea de fuerza de 220 V según el REBT. La instalación del cable de bus y la red de potencia se llevara a cabo en cajas de derivación independientes o con una partición que asegure el aislamiento entre ambas redes.

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También se debe definir si las líneas de bus se distribuyen de manera radial partiendo del cuadro de distribución o si se despliegan de forma lineal realizando bifurcaciones en las habitaciones. Cuando se diseñe la instalación KNX®//TP1 será necesario seguir todas las limitaciones que impone la topología del bus en cuanto a longitudes máximas de la línea (1000 m), distancia máxima entre componentes de bus (700 m), distancia máxima entre fuente de alimentación y un aparato de bus (350 m) y longitud mínima entre dos fuentes en paralelo en una línea (200 m). Las líneas de bus se distribuirán a lo largo de la instalación según la divisi6n en zonas y líneas que se haya planeado para la instalación. Se deben respetar en todo momento las reglas de topología de cada línea y es aconsejable no cargar las líneas con el número máximo de aparatos permitido, dejando un porcentaje de reserva para ampliaciones futuras. En el tendido de las líneas se aplicaran las protecciones contra rayos y sobretensiones apropiadas, tanto para las líneas de fuerza como para el bus KNX®. Existen distintos tipos de cables para tender la línea de bus en función de las condiciones del lugar por el que transcurre. El tipo más usado es el VCVM 2 x 2 x O, B, que dispone de cuatro hilos de color: rojo (+) y negro (-) para la línea de bus, y los dos hilos restantes (amarillo y blanco), que pueden usarse para aplicaciones adicionales, incluso como línea de bus adicional. El tendido de la línea de bus EIB se realizara mediante los siguientes pasos: Los dos hilos del cable de bus se deben pelar unos 10 mm y conectarse a los bloques terminales para conexión/bifurcación (máximo, cuatro líneas por bloque). La pantalla sobrante debe ser retirada. Los dos hilos adicionales de bus y el trazador no se cortan y se recogen sobre el mismo cable. Todas las líneas del bus deben estar correctamente marcadas e identificadas. Se prepararan los cuadros de distribución con los conectores montados sobre los perfiles de datos pegados a los carriles DIN. Se deben respetar las limitaciones topológicas de las líneas. No se pueden conectar componentes pertenecientes a distintas zonas o líneas si no es a través de los correspondientes acopladores. Se debe comprobar con un voltímetro que la tensión y la polaridad de todos los finales de línea y los terminales de conexión son correctas. IV.3.4. Selección y montaje de componentes del bus KNX®/TP1. Las líneas KNX® son alimentadas por una fuente de alimentación, montada sobre carril DIN, que utiliza además una bobina para la conexión al bus, con el fin de evitar interferencias entre los telegramas de datos y la fuente.

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Los aparatos de bus de la instalación se seleccionan dependiendo de la funcionalidad deseada (se tendrán que elegir los aparatos con el número de canales y con el programa de aplicación apropiados) y de la situación prevista para los mismos en la instalación: Montaje sobre carril DIN en armarios. Montaje empotrado en caja universal. Montaje en superficie, como, por ejemplo, en techos falsos. En el caso de aparatos para montaje sobre carril DIN, se montaran en armarios de distribución junto con otros dispositivos convencionales de fuerza. Se debe sobredimensionar el armario para permitir la conexión de nuevos módulos en posibles ampliaciones futuras. Para el correcto emplazamiento físico de los componentes del bus y la configuración de las direcciones de grupo asignadas, se realizan las listas de aparatos (donde se especifica la dirección física, el nombre del componente, el fabricante, su localización en el edificio, el número de canales, los grupos enviados y recibidos, etc.) y las listas funcionales para las conexiones lógicas de sensores y actuadores (donde se especifica la dirección de grupo y en que objetos de comunicación se les asigna). IV.3.5. Representaci6n esquemática de la instalación. Una vez determinadas los componentes que se necesitaran para realizar la instalación, se dibujan los esquemas con el fin de simplificar y clarificar el diseño del proyecto. Utilizando la simbología propia del sistema KNX®, se representa la instalación con los símbolos de los aparatos de bus empleados, conectándolos a las zonas y las líneas correspondientes. También se representan las conexiones de la línea de fuerza con los actuadores que lo requieran. Ejemplo:

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®

Figura IV.2 Representación esquemática del sistema KNX

Después de representar y planificar la instalación con todos los componentes necesarios, se diseña el proyecto mediante el software ETS-3 Profesional. El ejemplo que se va a proponer de instalaciones de diversas aplicaciones con el sistema KNX®/TP1 los vamos a realizar can la simbología del sistema. Como sabemos, los componentes que podemos utilizar pueden ser de diferentes fabricantes, como por ejemplo, Siemens, ABB, Jung, Merten, etc. Aunque todos los componentes son compatibles dentro del bus KNX®, los terminales de conexión de entradas a salidas varían de un fabricante a otro, por lo que recomendamos la utilización de catálogos de cada fabricante para conocer la forma de conexión de sus terminales.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). Cualquier instalación montada con el sistema KNX®/TP1 ofrece la mayor gama de aplicaciones que se pueda solicitar, gracias a la facilidad que presenta su configuración. Una vez seleccionado el Sistema Domótico a implantar como primer paso hay que replantear por entero la distribución del cableado, ya que, aunque nos hayamos decidido por un sistema inalámbrico, la red eléctrica domestica va por cable físico y por tanto es necesario hacer este ejercicio antes de acometer ninguna obra, ya que en función del tipo de red seleccionada (centralizada o distribuida) cambiará la preinstalación. Es muy importante numerar y señalar en el plano de la casa (plano en planta de distribución) cada uno de los dispositivos (de cada una de las redes del Hogar digital) que se tienen pensado instalar (incluso los de futuro) tales como: sensores, cámaras, luces controladas, luces reguladas (dimmers), elementos multimedia (sonido , TV,...), ya que hay que llevarles extensores IR (ej.: mandos a distancia) y también cableado especial, como HDMI, VGA,.. La posición del cuadro de control eléctrico y de comunicaciones en el plano de la casa, vendrá en función del tipo de red seleccionada (centralizada o distribuida), si es centralizada deberemos escoger un lugar lo más céntrico posible con el fin de minimizar la tirada de cableado dentro de las posibilidades físicas que permita nuestra vivienda. Del mismo modo hay que prever la ocultación de dicho cuadro de control, amortiguación de ruidos, ventilación, luces de emergencia, cuidando la estética de la casa. Conviene además recoger en una lista numerada (tabla Excel) cada dispositivo para posteriormente identificarlo físicamente (numerando el cable) en ambas puntas y asociarlo al número de entrada/salida digital de nuestro sistema domótico. Cuando vayamos a programar los eventos en nuestro sistema domótico, comprobaremos lo útil de tener identificado y marcado en el plano cada uno de los dispositivos. La identificación mediante colores tanto del tubo corrugado que vayamos a colocar para la Domótica, como del cableado empleado (tanto de alimentación, señal o potencia), nos ayudará a distinguir mejor a la hora de conectar en el cuadro de control cada cable correctamente. Por último, conviene dotar a la instalación de relés y contactores de potencia con el fin de proteger los módulos domoticos y aislarlos lo mejor posible de los problemas que nos pueden venir derivados de la red eléctrica. Cuando vayamos a acometer la obra es muy recomendable: Multiplicar el número de tomas (1 o 2 más de las que se hayan pensado inicialmente, para aplicaciones futuras o cambios de ubicación).

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No escatimar en registros, tanto en tamaño como en número, sobre todo en zonas alejadas del cuadro de control. Tener en cuenta el tubo corrugado (macarrón) por donde vamos a pasar el cableado, tanto en diámetro del tubo como en número (ya que nunca sabes que cableado podrás meter en el futuro si cambias una toma de sitio). Nuestro consejo es: preguntarle al electricista cuántos tubos va a poner (que los querrá poner de 24mm) y decirle que ponga el triple o cuádruple (y de 32mm), dependiendo de la zona. Disponer de espacio entre el techo y el forjado, siempre que sea posible nos puede ser muy útil para pasar tubo corrugado, colocar dispositivos ocultos, e incluso para otro tipo de instalaciones como equipos de aire acondicionado, ventilaciones,...

Figura IV.3 Distribución de las diferentes salidas para los diferentes dispositivos.

Sin embargo, el concepto de preinstalación no tiene ningún sentido, debido a que tenemos muchas tecnologías para implementarla y cada una de ella usa unos medios diferentes. Por tanto para que cobre sentido el término preinstalación Domótica debemos decidir para qué tecnología es dicha preinstalación. IV.4. Caso real. Este proyecto es motivado por la introducción de estas tecnologías en el hogar y tiene como objetivo domotizar una vivienda real a través del sistema domótico KNX® que está disponible en el mercado. La vivienda consta de tres plantas: planta baja, primera planta y segunda planta. La planta baja está compuesta por la entrada de vehículos y peatones, el garaje, el trastero y el hall con la escalera. La primera planta está compuesta

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por el distribuidor y el hall, la cocina, un aseo, un dormitorio doble y el salón con la escalera. La segunda planta está compuesta por un distribuidor, dos baños, un dormitorio doble y un dormitorio principal. Los sistemas comerciales que se analizará será: KNX® Requisitos que debe cumplir el diseño: Rentable: aprovechamiento máximo de los recursos energéticos; reducción de costes; control de la distribución de energía eléctrica para evitar gastos innecesarios. Flexible y fácil de instalar: debe adaptarse a cualquier distribución de la vivienda o modificaciones posteriores (modularidad). Debe realizar un control oportuno y efectivo. Los requerimientos de la vivienda son los descritos a continuación: IV.4.1. Iluminación. Todos los puntos de luz de la vivienda se gobiernan mediante pulsadores, siendo posible también su accionamiento a través del teléfono. Un pulsador situado en la entrada de la vivienda enciende o apaga todas las luces de la casa. Los puntos de luz de la entrada, garaje, hall y escalera de la planta de acceso así como el hall, distribuidor y escalera de la primera planta y distribuidor de la segunda planta se encienden automáticamente por medio de sensores de movimiento. Es posible controlarlos mediante pulsadores en caso de que los sensores de movimiento fallaran. También existen cuatro puntos de regulación de luz, uno en el dormitorio principal, dos en el salón-comedor y uno en el dormitorio de los niños (segunda planta), los cuales se controlan mediante pulsadores o por medio del mando a distancia por infrarrojos. En el salón-comedor y en el dormitorio principal además de los dispositivos anteriormente mencionados se instala un multisensor de luminosidad y presencia que regula automáticamente la luz de la habitación en función de la luz exterior que penetra en ella. IV.4.2. Persianas y toldos. Todas las persianas de la vivienda se controlan mediante pulsadores y desde el mando a distancia en el dormitorio principal, salón-comedor y dormitorio de los niños. También existe un pulsador general en la entrada de la vivienda que sube o baja todas las persianas de la casa. Los dos toldos de la terraza se controlan mediante pulsadores y mando a distancia en el salón-comedor.

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IV.4.3. Tomas de corriente. Todos los enchufes del dormitorio principal, dormitorio de la segunda planta y salón-comedor pueden desconectarse desde un pulsador instalado en cada una de las estancias o desde el mando a distancia evitando que sean un peligro para los niños pequeños. Las tomas de corriente situadas en la cocina pueden temporizar su conexión para accionar determinados electrodomésticos así como activarse por medio de una orden telefónica. También, y como medida de seguridad, los electrodomésticos que para su funcionamiento requieran agua como lavadoras, lavavajillas, etc. Se desconectan automáticamente cuando las electroválvulas de agua se cierran debido a una orden de un sensor de inundación, para evitar el funcionamiento en vacío de las bombas de dichos electrodomésticos. IV.4.4. Calefacción / Climatización. Tanto la calefacción como la climatización están controladas por termostatos que actúan sobre las electroválvulas de cada habitación. También es posible su accionamiento a través de una orden telefónica. IV.4.5. Alarmas técnicas. Se instalan detectores de inundación en las zonas susceptibles de ser inundadas como los baños y la cocina. Estos sensores actúan sobre las electroválvulas de agua situadas en cada planta (una electroválvula para agua fría y otra para agua caliente en la primera y segunda planta). En la cocina se instala un sensor de fugas y una electroválvula de corte de gas. En la cocina y en el salón-comedor se instalan detectores de incendios. Por último, en las zonas comunes de la vivienda (hall y salón-comedor primera planta, hall segunda planta y hall del garaje) se instalan sensores de movimiento para la detección de intrusos. Cuando un detector entra en estado de alerta, además de actuar su receptor correspondiente, el sistema enciende y apaga un número determinado de luces de la vivienda de forma intermitente para alertar a los inquilinos. También se activa una alarma acústica y visual en caso de intrusión (combinación del timbre de la vivienda y determinadas luces de la misma). Se instala un detector de incendio y un detector de monóxido de carbono, hidrocarburos y gases de combustión en el garaje con el objeto de avisar de altas concentraciones de este gas. Todas las puertas y ventanas de la vivienda tienen contactos magnéticos para detectar intrusiones y al mismo tiempo regular la calefacción o el aire acondicionado. Ante la detección de fallo de suministro eléctrico se avisa a los teléfonos programados para alertar de la incidencia, especialmente para prevenir

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problemas con los electrodomésticos. Además el frigorífico activa una señal de alarma independiente en caso de que no haya fallo en el suministro y se cumpla a su vez que la toma de corriente no esté conectada al dispositivo. Esto se realiza para alertar ante desconexiones indeseadas del aparato. IV.4.6. Control a distancia. En el dormitorio principal, dormitorio de los niños y en el salón-comedor se pueden controlar mediante un mando a distancia la iluminación (tanto encendido y apagado como regulación), las persianas, las tomas de corriente y la calefacción/climatización. Además en el salón-comedor también se podrán controlar los dos toldos de la terraza. IV.4.7. Control telefónico. A través del nodo telefónico y de un teléfono exterior, el usuario puede variar los estados de los receptores: poner en marcha la calefacción/climatización, encender un punto de luz, activar una toma de corriente de la cocina o electrodoméstico, subir/bajar las persianas, etc. Además, cuando se produzca una alarma técnica, el nodo telefónico emite un SMS a los números de teléfono prefijados, para dar aviso al usuario de la incidencia. IV.4.8. Número de módulos. Es necesario conocer el número de entradas y salidas que tiene la instalación para calcular el número de módulos que se necesitan de cada tipo, nodos de control y nodos de alimentación. DESCRIPCIÓN

UNDS.

Pulsador simples luces Pulsador dobles luces Pulsador persianas/toldos Pulsador timbre Pulsador enchufes Multisensor Sensor inundación Sensor incendio Sensor gas Sensor CO Sensor infrarrojos Sensor movimiento Detector de rotura de cristales Contacto magnético de superficie Termostato

15 7 11 2 3 3 4 3 1 1 3 6 2 12 4

NÚMERO ENTRADAS 15 14 22 2 3 3 4 3 1 1 3 6 2 12 4

TOTAL: 95 ENTRADAS DESCRIPCIÓN

UNDS.

Enchufes controlables Enchufes cocina

10 6

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NÚMERO SALIDAS 10 6


Persianas/Toldos Timbre Video-portero Puntos luz (ON/OFF) Puntos luz (ON/OFF/Regul.) Electroválvula calefacción Electroválvula gas Electroválvula agua

10 2 1 19 4 4 1 4

20 2 1 19 4 4 1 4

TOTAL: 71 SALIDAS Para calcular los nodos necesarios no basta con tener el número de entradas y salidas, ya que existe gran variedad de módulos como: ocho entradas digitales, ocho salidas digitales, cuatro entradas digitales y dos salidas digitales, seis entradas digitales y 4 salidas digitales, etc. Por lo tanto, debemos calcularlos sobre planos, viendo la mejor agrupación de entradas y salidas. Debemos tener en cuenta que aun teniendo nodos de seis entradas y cuatro salidas digitales que resultan más baratos que los de cuatro entradas y dos salidas digitales, puede resultar mejor la instalación de éstos últimos ya que se pueden distribuir más por la vivienda acortando la longitud del cableado entre los sensores o actuadores y los módulos. El número de nodos necesarios se muestra en la lista de componentes. IV.4.9. Sistema KNX®. El sistema KNX® está basado en que todos sus componentes son “inteligentes”, por lo que es un sistema totalmente descentralizado, comunicándose todos los elementos a través de un par trenzado de cables. Hay algunas cargas como los puntos de luz o las persianas que empleando su correspondiente actuador del sistema permiten ser gobernadas por pulsadores convencionales en vez de por pulsadores del sistema lo que abarata un poco la instalación. Existen módulos de entradas analógicas por lo que por medio de una sonda de temperatura podemos controlar tanto la calefacción como la climatización. IV.4.10. Número de módulos de alimentación. Existen dos fuentes de alimentación disponibles en el sistema KNX®, de 320 mA ó de 640 mA. La diferencia entre ellas es la cantidad de componentes que son capaces de alimentar, 32 o 64 respectivamente con un consumo medio de 10 mA. Es necesaria una fuente alimentación por cada línea y ésta no debe estar a una distancia superior a 350 m. de un dispositivo, en caso de ser así necesitaríamos colocar una segunda fuente de alimentación manteniendo una distancia mínima de 200 m. con la anterior.

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En la instalación se utilizará una línea principal y dos líneas secundarias. Debido a las dimensiones de la vivienda necesitaremos tan sólo una fuente de alimentación por cada una de ellas de 320 mA, resultando un total de tres fuentes de alimentación. IV.4.11. Lista de componentes. Elementos del sistema DESCRIPCIÓN Modulo telefónico TC Plus F. de alimentación 320 mA con filtro Acoplador de área/línea Acoplador al bus Conector Pantalla táctil KNX Módulo de comunicación RS 232 Terminales de conexión Actuador 1 canal Actuador 2 canales Actuador regulador universal Actuador persiana 1 canal Actuador persiana 2 canales Actuador persiana 2 canales Entrada analógica Entrada binaria 2 canales Entrada binaria 4 canales Salida binaria 2 salidas 6 A Salida binaria 2 salidas 16 A Salida binaria 4 salidas 16 A Cable de comunicación del BUS

UNDS. 1 3 2 13 17 1 2 52 9 6 4 6 2 2 4 9 4 2 2 2 60 m.

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Elementos auxiliares Pulsador persiana/toldo convencional Pulsador persiana/toldo KNX® Pulsador simple convencional Pulsador de 1 canal KNX® Pulsadores dobles convencionales Pulsador enchufes convencionales Pulsador timbre convencional Base de enchufe Detector de inundación Sonda de agua Detector de incendio Detector de gas Detector rotura de cristales Sensor de movimiento Interface KNX® - IR Sensor de presencia y luminosidad Sensor de CO Contacto magnético de superficie Mando IR Controlador de estancia RCD Electroválvula Sirena interior Video-portero Central de alarmas Interface KNX® para la central de alarmas Tubo flexible corrugado Bus Bus para perfil DIN 214 mm Embellecedor pantalla táctil Caja empotrar pantalla táctil Caja de mecanismos Tapa ciega acoplador de bus Caja de derivación 80×45×45 Cofre modular 475×350×100

10 1 14 1 7 3 2 16 4 4 3 1 4 6 3 3 1 12 3 4 9 2 1 1 1 60 m. 7 1 1 75 2 25 1

Instalación y montaje del control de iluminación. Se pretende realizar la instalación de la iluminación de una vivienda, de forma que en cada dormitorio se pueda encender y apagar la iluminación par media de un pulsador simple; en el salón se deberá poder encender, apagar y regular, y en el pasillo se encenderá y se apagará cada vez que se detecte movimiento. Durante el día, no se podrá encender la luz del pasillo aunque exista movimiento. A la entrada de la vivienda se dispondrá de un pulsador simple que podrá apagar toda la iluminación cuando salgamos de la vivienda.

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Figura IV.4 Diagrama esquemático del control de iluminación

Instalación y montaje del control de calefacción. Pretendemos realizar la instalación de un sistema de calefacción en una vivienda, donde cada recinto tendrá un radiador que será controlado par un termostato y una electroválvula, que mantendrán la temperatura de día a 22' y durante la noche la reducirá 3', can el fin de ahorrar energía. Cuando vayamos a estar varios días sin utilizar la vivienda, mantendremos una temperatura de 7' como protección antiheladas de la instalación. En caso de que se abra alguna ventana, el radiador de esa estancia deberá ser desconectado. La selección de la temperatura deseada será gobernada par un pulsador cuádruple a puede hacerse mediante un reloj programador. Así mismo, se podrá conectar y desconectar la calefacción de forma manual.

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Figura IV.5 Diagrama esquemático del control de calefacción

Instalación y montaje del control de persianas. Se desea realizar la instalación de persianas motorizadas y su control en una vivienda, de forma que cada persiana pueda controlar individualmente la subida y la bajada, así como el ajuste de las lamas, por medio de un pulsador simple. Cuando la velocidad del viento sea muy alta, todas las persianas se deberán bajar como medida de seguridad. También será posible poder subir y bajar todas las persianas a la vez 0 en grupos de forma centralizada, por medio de otro pulsador.

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Figura IV.6 Diagrama esquemático del control de persianas

Instalación y montaje del control de alarmas técnicas. Se pretende realizar el control de alarmas técnicas de una vivienda, como la fuga de gas o de agua, provocando el corte de suministro y la señalización del estado de cada una de ellas. Una vez cortado el suministro, la reposición del servicio se realiza", de forma manual, para asegurarnos de que la avena ha desaparecido.

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Figura IV.7 Diagrama esquemático del control de alarmas técnicas

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Figura IV.8 Memoria técnica, alambrado de los componentes

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Figura IV.9 Memoria técnica, alambrado de los componentes

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Figura IV.10 Fotografía de una instalación


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IV.4.12. Presupuesto del material. DESCRIPCIÓN

PRECIO UNIT. 695 € 330 € 336 € 71.9 € 21.2 € 3,990 € 202.75 € 1.10 € 121 € 245 € 264 € 151.31 € 266.98 € 202.84 € 52 € 94 € 134.13 € 245 €

Modulo telefónico TC Plus Fuente de alimentación con filtro Acoplador de área/línea Acoplador al bus Conector Pantalla táctil KNX® Módulo de comunicación RS 232 Terminales de conexión Actuador 1 canal Actuador 2 canales Actuador regulador universal Actuador persiana 1 canal Actuador persiana 2 canales Entrada analógica Entrada binaria 2 canales Entrada binaria 4 canales Salida binaria 2 salidas 6 A Salida binaria 2 salidas 16 A

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UDS. 1 3 2 13 17 1 2 52 9 6 4 6 2 4 9 4 2 2

PRECIO 695 € 990 € 672 € 934.3 € 360.4 € 3,990 € 405.5 € 52.2 € 1,089 € 1,470 € 1,056 € 907.86 € 533.96 € 811.36 € 468 € 376 € 268.26 € 490 €


Salida binaria 4 salidas 16 A Cable de comunicación del BUS Tubo flexible corrugado Bus Bus para perfil DIN 214 mm Pulsadores persianas/toldos convencional Pulsador persianas/toldos KNX® Pulsador simple convencional Pulsador de 1 canal KNX® Pulsadores dobles convencionales Pulsador enchufes convencionales Pulsador timbre convencional Base de enchufe Detector de inundación Sonda de agua Detector de incendio Detector de gas Detector rotura de cristales Sensor de movimiento Interface KNX® - IR Sensor de presencia y luminosidad Sensor de CO Contacto magnético de superficie Mando IR Controlador de estancia RCD Caldera Isomax Condens mixta Pack Helioset 250 (acumulador 250L, 2 captadores solares, bomba circulación, central solar programable, válvulas seguridad circuito solar, sondas de temperatura, grupo seguridad depósito solar, llaves llenado y vacío) Electroválvula gas Electroválvula calefacción Electroválvula agua Sirena interior Video-portero Central de alarmas Interface KNX® para la central de alarmas Caja empotrar pantalla táctil Marco embellecedor pantalla táctil Caja de mecanismos Tapa ciega acoplador de bus Caja de derivación 80×45×45 Cofre modular 475×350×100 TOTAL MATERIAL

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350 € 1.20 €/m. 0.23 €/m. 8.96 € 4.41 € 59 € 4.06 € 54 € 4.34 € 4.06 € 4.06 € 2.45 € 55.10 € 8.35 € 74.69 € 73.52 € 34.52 € 84.7 € 72.45 € 255 € 109.19 € 12 € 81 € 309.21 € 2,495 € 3,437 €

2 60 m. 60 m. 7 10 1 14 1 7 3 2 16 4 4 3 1 4 6 3 3 1 12 3 4 1 1

700 € 72 € 13.8 € 62.72 € 44.1 € 59 € 56.84 € 54 € 30.38 € 12.18 € 8.12 € 39.2 € 220.4 € 33.4 € 224.07 € 73.52 € 138.08 € 508.2 € 217.35 € 765 € 109.19 € 144 € 243 € 1236.84 € 2,495 € 3,437 €

100.9 € 110.2 € 104.04 € 40.62 € 804 € 762 € 210 € 99 € 78 € 2,5 € 5.71 € 3.28 € 34.15 €

1 4 4 2 1 1 1 1 1 75 2 25 1

100.9 € 440.8 € 416.16 € 81.24 € 804 € 762 € 210 € 99 € 78 € 187.5 € 11.42 € 82 € 34.15 € 29,818 €


IV.5. Conclusiones. El sector de la domótica ha evolucionado considerablemente en los últimos años, y en la actualidad ofrece una oferta más consolidada. Hoy en día, la domótica aporta soluciones dirigidas a todo tipo de viviendas, incluidas las construcciones de vivienda de interés social. Además, se ofrecen más funcionalidades por menos dinero, más variedad de producto, y gracias a la evolución tecnológica, son más fáciles de usar y de instalar. En definitiva, la oferta es mejor y de mayor calidad, y su utilización es ahora más intuitiva y perfectamente manejable por cualquier usuario. Paralelamente, los instaladores de domótica han incrementado su nivel de formación y los modelos de implantación se han perfeccionado. En definitiva, la domótica de hoy contribuye a aumentar la calidad de vida, hace más versátil la distribución de la casa, cambia las condiciones ambientales creando diferentes escenas predefinidas, y consigue que la vivienda sea más funcional al permitir desarrollar facetas domésticas, profesionales, y de ocio bajo un mismo techo. Todo ello hace que se aproveche más el tiempo que pasamos en casa, que hoy día tiende a ser cada vez menor. La domótica pone la tecnología a nuestro servicio. En función de los requerimientos de cada proyecto, se debe aplicar una solución a medida que satisfaga las necesidades del hogar y se adapte al modo de vida del usuario. Instalar un sistema domótico en su vivienda está al alcance de cualquier bolsillo. Con una pequeña, pero inteligente inversión, permitirá no sólo recuperar la inversión, sino también respetar el medio ambiente. El costo dependerá del nivel de domotización que se desee instalar. Por nivel de domotización o nivel domótico se entiende el nivel asignado a una instalación domótica como resultado de la ponderación de los dispositivos existentes en la misma y las aplicaciones domóticas cubiertas: mínimo, nivel 1, uno superior considerado intermedio, nivel 2 y finalmente, el considerado como excelente, nivel 3. Finalmente, si queremos ahorrar energía deberemos desconectar la calefacción, el aire acondicionado y la iluminación cuando su funcionamiento no sea necesario y esto lo podemos hacer de manera manual o automática, dependiendo del grado de automatización que se haya instalado en la vivienda.

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CONCLUSIONES Se debe afrontar el reto de la eficiencia energética también mediante el uso de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones y se proponen las siguientes líneas de actuación como fundamentales para el ahorro de energía: La mejora de la red energética: desde la generación hasta la distribución. Se proponen como tecnologías fundamentales a desarrollar: los componentes hardware, sistemas de monitorización y control, la gestión de sistemas complejos de energía, los sistemas inteligentes de medida (Intelligent Metering) y la generación distribuida. Se debe impulsar la eficiencia energética no solo en las viviendas de interés social como lo hace el INFONAVIT a través de las llamadas hipotecas verdes, sino también se debe impulsar este tipo de ahorro energético en casas de valor superior y no solamente en casas nuevas sino también en las ya construidas. También se debe mejorar la eficiencia energética mediante el uso de mecanismos de gestión de la demanda. Estos mecanismos serían capaces de ajustar la demanda de manera instantánea evitando los picos de demanda y consiguiendo así redes más fiables y seguras. Hogares y edificios inteligentes desde el punto de vista energético. Los sistemas flexibles y avanzados de gestión de la energía, tanto para casas y edificios tanto nuevos como antiguos, en combinación con el control de la luz natural, la ventilación y el aislamiento, contribuirían tanto a reducir el consumo de energía, como a incrementar la seguridad y el confort. Algunas tecnologías propuestas incluyen los sistemas inteligentes de medida y visualización avanzados, que permiten recoger datos permanentemente sobre lo que ocurre en el hogar o edificio y volcarlos sobre los sistemas de control para optimizar el comportamiento energético. Además se espera que, al potenciar la conciencia sobre el consumo energético, se fomentarán cambios en el comportamiento de los usuarios. Sistemas inteligentes de iluminación (interiores y exteriores). La adopción de la tecnología LED (diodos emisores de luz) de alta eficiencia, ya disponible en el mercado, podría ahorrar un 30% del consumo actual en 2015 y hasta un 50% en 2025 según estudios realizados por organismos federales. Además, se debe añadir inteligencia a los sistemas de iluminación, de manera que se ajusten automáticamente al entorno (nivel de luz natural, presencia de los usuarios, etc.). De todo ello se deduce que, una de las líneas de trabajo a abordar es el desarrollo de sistemas inteligentes de medida que proporcionen en tiempo real y de manera integrada los consumos de todas las fuentes de energía y

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). recursos naturales utilizados por el usuario: electricidad, gas, agua, gasoil, energía térmica, etc. Las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) juegan un papel muy importante en este campo ya que ofrecen un canal de comunicación y una tecnología que permite transmitir la información necesaria para que los sistemas de eficiencia energética operen correctamente. Las TIC son fundamentales en el despliegue de redes de sensores y actuadores en el interior de los edificios. Estas redes, llamadas de telecomando y telecontrol, son necesarias para la activación/desactivación de los equipos eléctricos de iluminación y climatización, lo que permite controlar los consumos eléctricos. Desde las administraciones y organismos públicos se debe instar al ahorro energético y de recursos naturales (agua, combustibles, electricidad, etc), sin embargo, si los usuarios finales no disponen de las herramientas necesarias para tener un conocimiento preciso del consumo que realizan y, por lo tanto, no pueden determinar en qué condiciones se producen consumos excesivos, no podrían emprender las acciones correctivas pertinentes. En la actualidad, el consumidor sólo conoce su consumo de electricidad, luz y gas en el momento de la facturación, es decir, no tiene manera de hacer ni una previsión del consumo, ni una estimación económica del gasto realizado, ni una detección de sobreconsumos. Cuando el usuario recibe la información, el gasto ya está hecho. Si se cuenta con la información de en qué actividades cotidianas se producen consumos excesivos o inesperados, el usuario final podría saber qué conductas deben modificarse. Se debe instar invitar al usuario final a instalar herramientas con las que se pueda hacer una previsión precisa de la facturación de electricidad, agua, gas, etc., sin depender exclusivamente de la facturación que realice la empresa distribuidora. Sirvan los siguientes ejemplos para mostrar las posibilidades de reducción del consumo en un hogar que ofrece un sistema que muestre al usuario en todo momento el consumo de electricidad, agua o gas: Si el usuario conocería en tiempo real cuánto gas ha consumido al encender la calefacción durante un día completo y a una temperatura de 25ºC y pudiera compararlo con el consumo realizado al utilizar un crono-termostato programado para que la caldera funcione sólo en las franjas horarias en las que el hogar está ocupado y a la temperatura recomendada (22 ºC aprox.). El usuario podría comparar el consumo de electricidad al poner una lavadora a alta temperatura (80 ºC) y con el gasto de electricidad de una lavadora a 50 ºC. Podría ver el consumo realizado en una noche al dejar todos los dispositivos electrónicos del hogar en posición “stand by”,

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). comparándolo con otra noche en la que se hayan apagado completamente. El usuario podría conocer en tiempo real cuánto agua se consume al llenar una bañera y podría compararlo con el consumo de una ducha. A través de una mayor información, para que los usuarios finales de la energía y recursos naturales sean más conscientes del impacto del consumo que realizan, motivando su concienciación sobre la necesidad del ahorro y de las vías para conseguirlo. Para elegir un sistema de automatización de viviendas se deben considerar características tales como: costo/beneficio, confiabilidad, disponibilidad y estandarización , ancho de banda de comunicación, soporte para aplicaciones en tiempo real, topología, máxima longitud de la red, número de bytes en el marco de transmisión, velocidad de comunicación, y dispositivos electrónicos que lo soporten. Un trabajo futuro podría ser agrupar los sistemas sobre la base de un tipo de red electrodoméstico específico (sistemas de entretenimiento, sistemas de información, sistemas electrodomésticos o sistemas de iluminación), con el fin de hacer un análisis de funcionalidad y poder determinar cuál es la mejor opción para poder desarrollar un sistema de automatización de casa confiable, económico y lo más estandarizado posible. 1. Existe una gran variedad de sistemas de comunicación para configurar redes y automatizar casas, oficinas y edificios pequeños. 2. Se puede automatizar una casa sin la necesidad de tener que hacer modificaciones a la construcción, o tener que hacer costosas instalaciones de cableado nuevo. 3. La elección de un sistema depende del sistema a desarrollar y el lugar de aplicación. 4. Para elegir un sistema se deben considerar características tales como: costo/beneficio, confiabilidad, disponibilidad y estandarización , ancho de banda de comunicación, soporte para aplicaciones en tiempo real, topología, máxima longitud de la red, número de bytes en el marco de transmisión, velocidad de comunicación, y dispositivos electrónicos que lo soporten. La eficiencia energética consiste en usar la energía disponible de la mejor forma, de manera inteligente: dar un rendimiento óptimo a los recursos con la menor cantidad de éstos, lo cual contribuye al desarrollo sustentable del país en la medida que promueve el mejor uso de los recursos energéticos, esenciales para gran parte del quehacer económico y humano.

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GLOSARIO DE TÉRMINOS A continuación se presenta un listado de términos más utilizados en el medio, muchas más es posible que se omitan pero es un intento de englobar la mayor cantidad con el objetivo de proporcionar al lector los fundamentos básicos de las Casas Inteligentes (Domótica). ACOMETIDA ELÉCTRICA.- Instalación eléctrica de entrada a un Edificio, local o equipo. ACS.- Agua caliente sanitaria. AISLAMIENTO GALVÁNICO.- Aislamiento eléctrico a la corriente conducida de dos circuitos o partes metálicas. ARMÓNICOS.- Efecto producido sobre la onda senoidal al conectarle cargas no lineales. Pueden ser de Intensidad de Corriente o de Tensión de Voltaje. La distorsión armónica es la medida del contenido de armónicos en una onda senoidal. Es la suma cuadrática de los mismos. AUTOGENERADOR.- Elemento que puede contar con una disponibilidad que represente una capacidad propia de generación que cubra como mínimo el 50% de su demanda de energía AUTOMATIZACIÓN.- Operación automáticamente controlada de un proceso o sistema realizada por dispositivos mecánicos o electrónicos que reemplazan al operador humano en las tareas de observación, realización de esfuerzos y toma de decisiones. BABL.- Control comunicaciones).

de

Longitud

Ilegal

(prueba

de

cableados

de

BACK-UP.- Copia o elementos de reserva o respaldo. BARRAS DE DISTRIBUCIÓN.- En general, conductor metálico rígido, casi siempre desprovisto de aislamiento, utilizado para conducir fuertes corrientes o para servir de conductor común a varios circuitos. BATERÍAS.- Asociación de elementos electroquímicos que pueden transformar la energía química en energía eléctrica. Generalmente, se clasifican en dos tipos para su aplicación a los Sistemas de Alimentación Ininterrumpida (SAI): Plomo y Níquel-Cadmio. Las de Plomo además, pueden ser herméticas (sin necesidad de relleno de electrolito). BT.- Baja Tensión (hasta 1,000 Volts).

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BTU.- La BTU es una unidad de energía inglesa. Es la abreviatura de British Thermal Unit. Se usa principalmente en los Estados Unidos. Ocasionalmente también se puede encontrar en documentación o equipos antiguos de origen británico. En la mayor parte de los ámbitos de la técnica y la física ha sido sustituida por el julio, que es la unidad correspondiente del sistema internacional. CARGAS.- Circuito, equipo o sistema que recibe alimentación eléctrica. En función del perjuicio económico que puede acarrear su alimentación incorrecta, se clasifican en críticas y no críticas. CAÍDA DE ALIMENTACIÓN.- Disminución más o menos brusca de la alimentación eléctrica a un circuito o sistema. CAÍDA DE TENSIÓN.- Diferencia de tensión entre dos puntos debida a la circulación de una corriente a través de una impedancia. CCTV.- Circuito Cerrado de Televisión. CEL.- Cuadro de Energía Limpia. (SAI). CES.- Cuadro de Energía Sucia. (Red o grupo electrógeno). CPD.- Centro de Proceso de Datos. CRC.- Código de Paridad. CS.-Centro de Seccionamiento. CT.- Centro de Transformación. COGENERADOR.- Dispositivo que puede tener una potencia instalada de generación eléctrica igual o mayor a un (1) MW. ENERGÍA REACTIVA.- Energía que es incapaz de desarrollar trabajo. ERGONOMÍA.-Ciencia que estudia el diseño de equipamiento del puesto de trabajo, para crear las mejores condiciones. FACTOR DE POTENCIA DE LA CARGA.- Relación entre la potencia activa y la aparente de la carga, con tensión senoidal pura, con carga lineal el factor de potencia es igual al Coseno del ángulo de desfasamiento. FIABILIDAD.- Término genérico que denota la capacidad de un dispositivo, equipo o sistema para llevar a cabo de una misión determinada con ciertas condiciones. GRADO DE INDEPENDENCIA.- En un edificio, es la capacidad del mismo para que en condiciones extremas de suministros exteriores pueda permanecer funcionando sin merma alguna.

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GRADO DE REDUNDANCIA.- Se define en los sistemas de alimentación ininterrumpida como la capacidad de seguir funcionando al 100%, con fallas de una, dos o “n” módulos en un sistema de equipos múltiples. IBR.- Manta de Fibra de Vidrio. INTERRUPTOR.- Elemento destinado a la apertura de un circuito eléctrico. Si el circuito está en vacío, se denomina seccionador en vacío. Si el circuito está en carga, se tendrá dos tipos: el Disyuntor, para operación automática (incorpora relevadores) y el Seccionador en carga, para operación manual. JAULA DE FARADAY.- También conocida como Pantalla de Faraday. Red de cables en paralelo conectados a un conductor común en un extremo para proporcionar un apantallamiento electrostático sin que le afecten las ondas electromagnéticas. El conductor común se pone a tierra generalmente. PLAN DE CONTINGENCIA.- Plan de previsión ante desastres de todo tipo. POTENCIA.- En los equipos eléctricos, se define como la capacidad de los mismos para producir trabajo. PROTECCIONES.- Dispositivos que desconectan un circuito cuando las condiciones de diseño no son mantenidas. Existen de tensión y de intensidad. RED DE DATOS.- Interconexión de una serie de puntos mediante instalaciones de comunicaciones. La arquitectura de sistemas que lo soporta está generalmente formado por multiplexores, módems, adaptadores de líneas y ordenadores. RED EQUIPOTENCIAL.- Conjunto De elementos que están todos conectados al mismo punto de puesta a tierra. PVF.- Factor de Velocidad de Propagación. SAI.- Sistema de alimentación ininterrumpida (también denominado UPS. Equipo electrónico para mantener alimentadas las cargas denominadas críticas, de forma segura y de buena calidad, tanto en presencia de red como ausencia de ésta. En este caso, durante un período de tiempo determinado por el tiempo de autonomía de las baterías. SELECTIVIDAD.- Cuando se disponen de varios dispositivos de protección en serie se requiere que éstos sean selectivos. La protección de la red se considera selectiva si solamente se desconecta el dispositivo de protección más próximo al punto de defecto por delante del mismo. Existen dos tipos de selectividad: la cronometría (tiempo) y la intensidad. SQE.- Error de Calidad de la Señal.

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TENSIÓN DE ENTRADA NOMINAL.- Valor eficaz de la tensión que alimentará el equipo y que se toma como indicativo. TENSIÓN NOMINAL DE LA BATERÍA.- La que resulta de multiplicar el número de vasos de la batería por su tensión nominal (2 Volts para Plomo y 1.2 Volts para Ni-Cd). TRANSCEIVERS.- Órganos activos en sistemas de comunicaciones (voz y datos). TRANSFORMADORES DE AISLAMIENTO.- Transformador que tiene un devanado primario aislado galvánicamente del secundario. TRIGENERACIÓN.- Coproducción conjunta de electricidad, calor y frío (es una variante de la cogeneración). UTA.- Unidad de Tratamiento de Aire. VIDA MEDIA.-Tiempo durante el cual el edificio funciona correctamente bajo las condiciones normales de servicio. VRV.- Volumen de Refrigerante Variable.

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ANEXO. A.1. ¿Por qué ahorrar energía? Podemos considerar tres aspectos importantes por los que debemos ahorrar y hacer un uso eficiente de la energía: 1.- Tener menores costos, al reducir el pago de la facturación eléctrica. 2.- Preservar nuestros recursos naturales y de nuestro planeta, lo que implicaría menos deforestación. 3.- Disminuir el consumo de combustibles fósiles utilizados para generar energía eléctrica y la consecuente reducción de emisiones contaminantes al medio ambiente. Cabe mencionar que ahorrar energía no significa dejar de utilizar los electrodomésticos, ni estar en penumbras, ni apagar el acondicionamiento de aire si el clima es extremo; al contrario, es hacer un uso racional de los mismos. Para adquirir o construir una casa o departamento eficiente se deberá considerar, al menos los siguientes aspectos: Cómo su casa consume energía Paisajismo Aislamiento térmico y climatización Ventanas Iluminación Aparatos de climatización (Calefacción y enfriamiento) Calentamiento del agua Aparatos electrodomésticos Guía de compra para los electrodomésticos principales Instalación eléctrica El ahorro de gas en la cocina. A.1.1. ¿Cómo su casa consume energía? Para definir un Plan de Eficiencia Energética Global para una Casa-Habitación, en primer lugar, se necesita saber en qué partes de la casa se consume la mayor cantidad de energía. Un estudio del consumo de energía de una casa revelará cuáles son estas zonas y sugerirá las medidas más eficaces para reducir los costos derivados del consumo de energía. Un usuario puede llevar a cabo un estudio sencillo del consumo de energía en su casa por su propia cuenta, o solicitar a alguna empresa especializada que lo haga. Algunas sugerencias para un estudio del consumo energético recomiendan lo siguiente: Revisar el nivel de aislamiento de las paredes externas y del sótano (en caso de tenerlo), los cielos rasos, el ático, los pisos y la zona de acceso a la tubería.

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Asegurarse de cuidar y conectar de forma debida los electrodomésticos, y los sistemas de calefacción y de aire acondicionado. Estudiar las necesidades y los patrones de utilización de alumbrado de la familia y prestar especial atención a las zonas de mucho uso; como son la sala, la cocina y las luces exteriores. Buscar la forma de aprovechar la luz solar al máximo, reducir el tiempo en que las luces están encendidas e instalar bombillas y lámparas fluorescentes compactas o comunes en lugar de las bombillas y las lámparas incandescentes. Después de haber identificado los lugares donde en una casa se está desperdiciando energía, establézcase la(s) prioridades para las necesidades en cuanto al consumo de energía haciéndose algunas preguntas importantes: ¿Cuánto dinero se gasta en energía? ¿Dónde se pierde la mayor parte de la energía en una casa? ¿Cuánto tiempo llevará recuperar el dinero invertido en aumentar la eficiencia energética a través del Ahorro de Energía? ¿Puede hacer el trabajo el usuario de la casa o necesita de un Contratista? ¿Cuánto tiene el usuario de presupuesto y cuánto tiempo puede dedicar al mantenimiento y las reparaciones? En cuanto al aislamiento y la climatización se tiene lo siguiente: Una de las formas más rápidas y más eficaces en función de su costo de reducir el desperdicio de energía en el hogar, consiste en revisar y arreglar el sistema de aislamiento de una casa, lo cual permitirá aprovechar al máximo el dinero que el usuario gasta en energía. Un buen sistema de aislamiento incluye una combinación de distintos productos y técnicas de construcción que preparan la casa para ofrecer un buen rendimiento térmico, controlar la humedad y disminuir la infiltración de aire. Aparatos y espacios que consumen más energía. Se puede identificar qué espacios de la casa y/o qué aparatos están provocando el mayor consumo de electricidad y gas. Es importante saber que en nuestro país la electricidad es el energético que más se consume en los hogares, después del gas LP y la leña. Sin embargo, en las ciudades ocupa el segundo lugar en importancia. Consumo con calefacción y/o aire acondicionado. La gráfica nos muestra los porcentajes de consumo promedio de energía -electricidad y gas- en un hogar con climatización -calefacción y aire acondicionado- y en la cual observamos que a éstos corresponde el 44%; a iluminación y aparatos electrodomésticos, el 33%; al refrigerador, el 14%; y al calentador de agua y estufa el 9%.

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Figura A.1 ¿Cómo se distribuye el uso de la energía en el hogar (promedio)? * Calefacción y aire acondicionado

* Iluminación y electrodomésticos

* Estufa y calentador de agua

* Refrigerador

Consumo sin calefacción y/o aire acondicionado. La siguiente gráfica, describe el porcentaje de consumo promedio, exclusivamente, de electricidad en un hogar, y nos muestra que el 40% corresponde a iluminación, el 29% al refrigerador, el 13% al televisor, el 7% a otros electrodomésticos, el 6% a la plancha y el 5% a la lavadora de ropa.

Figura A.2 Consumo sin calefacción y/o aire acondicionado (promedio) * Iluminación * Refrigerador * Televisor * Otros electrodomésticos * Plancha *Lavadora

Hay que recordar que si el refrigerador tiene más de ocho años de uso, es conveniente cambiarlo por uno nuevo, que por ser más eficiente consumirá hasta 60% menos energía. Si en casa hay focos incandescentes (los "normales" que venden en cualquier tienda), que permanecen encendidos mucho tiempo, sería mejor cambiarlos por tubos, lámparas fluorescentes (ahorradoras) lámparas a base de LEDs. Ahora, si el sistema de aire acondicionado, es de modelo atrasado, no ha tenido mantenimiento y trabaja día y noche, es fundamental que se sepa que la iluminación, el refrigerador y el aire acondicionado son los que más consumen energía en su casa. Además, hay que tomar en cuenta que la energía que se consume y el dinero pueden también estarse escapando por las puertas y ventanas mal aisladas o por el tiro1 de la chimenea que no está cerrado o bien por muchas 1

Tiro.- Corriente de aire que se produce en un conducto.

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rendijas que no han sido selladas. Si la casa no tiene la hermeticidad necesaria para el uso correcto de la calefacción y/o el aire acondicionado, es necesario que se utilicen aislantes térmicos. A.2. Otras formas de ahorrar energía. Una energía limpia también es también llamada, energía verde. De hecho la energía limpia es un sistema de producción de energía con exclusión de cualquier contaminación o la gestión mediante la que nos deshacemos de todos los residuos peligrosos para nuestro planeta. Las energías limpias son, entonces, aquellas que no generan residuos. La energía limpia es, entonces, una energía en pleno desarrollo en vista de nuestra preocupación actual por la preservación del medio ambiente y por la crisis de energías agotables como el gas o el petróleo. Hay que diferenciar la energía limpia de las fuentes de energía renovables: la recuperación de esta energía no implica, forzosamente, la eliminación de los residuos. La energía limpia utiliza fuentes naturales tales como el viento y el agua. Las fuentes de energía limpia más comúnmente utilizadas son la energía geotérmica, que utiliza el calor interno de nuestro planeta, la energía eólica, la energía hidroeléctrica y la energía solar, frecuentemente utilizada para calentadores solares de agua. Solar: utiliza la radiación solar. Eólica: producida por el movimiento del viento. Geotérmica: Uso del agua que surge bajo presión desde el subsuelo. Biomasa: Utiliza la descomposición de residuos orgánicos A.2.1. Construcción Bio-Climática. Es la nueva construcción de casas y pisos, que reciclan las aguas pluviales y grises, que se abastecen en una gran parte de su consumo de energías renovables, que ahorran agua y energía y que utilizan técnicas de construcción y de orientación más eficaces para mantener temperaturas más agradables todo el año, con el mínimo consumo de energía. La vivienda bioclimática consiste en el diseño de edificaciones teniendo en cuenta las condiciones climáticas, aprovechando los recursos disponibles (sol, vegetación, lluvia, vientos) para disminuir los impactos ambientales, intentando reducir los consumos de energía. Una vivienda bioclimática puede conseguir un gran ahorro e incluso llegar a ser sostenible en su totalidad. Aunque el coste de construcción puede ser mayor, puede ser rentable, ya que el incremento de la vivienda se compensa con la disminución de los recibos de energía. A.2.1.1. Adaptación a la temperatura. Es quizá en este punto donde es más común incidir cuando se habla de arquitectura bioclimática. Lo más habitual, es aprovechar al máximo la energía térmica del sol cuando el clima es frío, por ejemplo para calefacción y agua caliente sanitaria. Aprovechar el

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efecto invernadero de los cristales. Tener las mínimas pérdidas de calor (buen aislamiento térmico) si hay algún elemento calefactor. Cuando el clima es cálido lo tradicional es hacer muros más anchos, y tener el tejado y la fachada de la casa con colores claros. Poner toldos y cristales especiales como doble cristal y tener buena ventilación son otras soluciones. En el caso de usar algún sistema de refrigeración, aislar la vivienda. Contar delante de una vivienda con un gran árbol de hoja caduca que tape el sol en verano y en invierno lo permita también sería una solución A.2.1.2. Orientación - Paisajismo. Con una orientación de los huecos acristalados al sur en el Hemisferio Norte, o al norte en el Hemisferio Sur, esto es, hacia el ecuador, se capta más radiación solar en invierno y menos en verano, aunque para las zonas más cálidas (con temperaturas promedio superiores a los 25°C) es sustancialmente más conveniente colocar los acristalamientos en el sentido opuesto, esto es, dándole la espalda al ecuador; de esta forma en el Verano, la cara acristalada sólo será irradiada por el Sol en los primeros instantes del alba y en los últimos momentos del ocaso, y en el Invierno el Sol nunca bañará esta fachada, reduciendo el flujo calorífico al mínimo y permitiendo utilizar conceptos de diseño arquitectónico propios del uso del cristal. La casa, de acuerdo al estado de la República Mexicana donde se encuentre, debe tener una orientación adecuada, de tal manera que en clima caluroso se tenga menor ganancia de calor al interior. El Paisajismo, es una manera natural y atractiva de mantener una casa cómoda y reducir los gastos de energía. Plantar un árbol o un arbusto o una enredadera en el lugar adecuado, y no sólo se agregará valor estético y calidad ambiental a la casa, sino que se recibirá sombra, protección del viento y facturas energéticas más económicas. En el diseño de casas se pueden considerar los aspectos de ahorro de energía, por ejemplo poniendo ventanales amplios mirando al sur (en el hemisferio norte y en latitudes medias y altas), para que los días de invierno la radiación solar caliente los recintos; aplicando un aislante térmico a las superficies de la casa, especialmente aquellas que componen la envolvente térmica de la casa (cubiertas, fachadas, forjados, etc.), para disminuir las fugas de calor; o instalando paneles solares que aumenten la independencia de la energía eléctrica. Plantar los árboles en lugares estratégicos puede ahorrar hasta en un 25% del promedio de la energía utilizada en un hogar para aire acondicionado. Estudios realizados por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en Estados Unidos (Lawrence Berkeley National Laboratory), revelan que la temperatura del aire durante los días de verano era entre 3°- 6°F más fresca en los vecindarios que tenían la sombra de los árboles, que en las zonas que no tenían árboles. Las estrategias de conservación de energía a través de la jardinería ornamental dependen del tipo de clima del lugar donde vive. Un enrejado o una espaldera con trepadoras, o una maceta para sembrar con

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enredadera le da sombra al perímetro de la casa a la vez que permite que la brisa refresque las áreas con sombra. Durante los meses de verano, la forma más eficaz de mantener fresca una casa consiste en prevenir la concentración del calor. Las principales fuentes de acumulación de calor son: el techo, las paredes y las ventanas de la casa, que absorben la luz solar. Las casas pintadas con colores exteriores oscuros, absorben entre el 70% y el 90% de la energía de radiación solar que cae sobre las superficies de la casa. Parte de esta energía absorbida se transfiere luego a la casa, por conducción, aumentando la temperatura dentro de la casa. En cambio, las superficies pintadas con colores claros reflejan la mayor parte del calor hacia el exterior. El Paisajismo también pude contribuir a bloquear y absorber la energía solar, y a disminuir la acumulación del calor dentro de la casa suministrando sombra y enfriamiento por evaporación.

Figura A.3 Las construcciones y los árboles son compañeros naturales

Los árboles de hojas caducas que se siembren en los costados sur y oeste de la casa, ayudarán a mantenerla fresca durante el verano y permitirán la entrada de la luz del sol a través de las ventanas durante el invierno. A.2.1.3. Efecto invernadero. Las ventanas protegidas mediante persianas, alargadas en sentido vertical y situadas en la cara interior del muro, dejan entrar menos radiación solar en verano, evitando el efecto invernadero. Por el contrario, este efecto es beneficioso en lugares fríos o durante el invierno, por eso, tradicionalmente, en lugares fríos las ventanas son más grandes que en los cálidos, están situadas en la cara exterior del muro y suelen tener miradores acristalados, para potenciar el efecto invernadero. A.2.1.4. Aislamiento térmico. Los muros gruesos variaciones de temperatura, debido a su Inercia térmica.

retardan

las

Un buen aislamiento térmico evita, en el invierno, la pérdida de calor por su protección con el exterior, y en verano la entrada de calor.

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Ventilación cruzada. La diferencia de temperatura y presión entre dos estancias con orientaciones opuestas, genera una corriente de aire que facilita la ventilación. Una buena ventilación es muy útil en climas cálidos, sin refrigeración mecánica, para mantener un adecuado confort hidrotérmico. Que el techo esté aislado térmicamente, de esta manera se tiene menor acumulación de calor por la radiación solar. El techo es por donde se tiene la mayor ganancia de calor, seguido por las ventanas. La forma más sencilla y eficaz en función de su costo, de aislar una casa, consiste en agregar material aislante en el ático. Para averiguar si hay suficiente aislamiento en el ático de una casa, mídase el grosor del material aislante. Si hay menos de lo necesario para un factor de resistencia R-22, (o sea, 7 pulgadas de fibra de vidrio o lana mineral ó 6 pulgadas de celulosa), es probable que sea una buena idea agregar más. Si hay bastante aislamiento en el ático, pero todavía se siente frío en el invierno, y mucho calor en el verano; es muy posible que se necesite agregar material aislante a las paredes exteriores también. Esta medida es más costosa, y normalmente, requiere el trabajo de un contratista, pero tal vez valga la pena realizar esta inversión si se vive en un lugar donde el clima es muy frío o muy cálido. Tal vez, también se necesite agregar aislamiento al espacio libre de acceso a las tuberías. Dependiendo de la casa, puede resultar necesario aislar las paredes de este espacio o el piso de la casa. El aire caliente que se cuela a una casa durante el verano y se escapa de esa misma casa en el invierno, puede contribuir a desperdiciar una cantidad considerable del dinero que se gasta en el pago de las facturas correspondientes a consumo de Energía. Algunas de las maneras más rápidas de ahorrar dinero son: sellar y cubrir con tira de intemperie en todas las fisuras, grietas y orificios que dan al exterior. Redúzcase las corrientes de aire en el hogar y se podrá ahorrar un 10% o más en el pago energético mensual. Las sugerencias para la climatización son: Ante todo, comprobar la hermeticidad de la casa. En un día que haga mucho viento, sujetar una varilla de incienso encendida junto a las ventanas, las puertas, las cajas eléctricas, los grifos, la puerta del ático y cualquier otro lugar donde pueda pasar aire hacia el exterior. Si el humo se mueve en sentido horizontal, se ha localizado un lugar donde pasa aire que tal vez se necesite sellar con una tira a prueba de intemperie. Instalar burlete2 en todas las puertas y ventanas que dejan pasar aire. 2

Burlete.- Tira de materia que se fija a los cantos o filos de las hojas de puertas y ventanas, para evitar el paso del aire.

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AHORRO DE ENERGÍA APLICADO A CASAS INTELIGENTES, (DOMÓTICA). Calafatear3 y sellar los sitios donde las tuberías, los conductos o los alambres eléctricos pasan por las paredes exteriores, los pisos, los cielos rasos y los plafones encima de los armarios. Instalar empaquetaduras de goma detrás de los enchufes y los interruptores de las paredes exteriores. Buscar los lugares sucios en el material aislante, lo cual a menudo, revela la existencia de un orificio por el cual entra y sale aire de la casa. El Usuario mismo, puede tapar estos orificios con plástico y luego, calafatear alrededor del borde de plástico. Instalar ventanas de aluminio o de tormenta encima de las ventanas de cristal sencillo o sustituirlas por ventanas de cristal doble. Las ventanas de tormenta, pueden doblar el valor de resistencia térmica de las ventanas de cristal sencillo y contribuir a disminuir las corrientes de aire, la condensación del agua y la formación de escarcha. Una ocupación menos costosa, aunque no permanente, consiste en instalar (durante los meses fríos del Invierno), un marco recubierto de un grueso plástico transparente sobre el marco de las ventanas, o bien, pegar con cinta, un plástico transparente a la parte interior del marco de la ventana. Recordar que el plástico debe quedar bien sellado contra el marco, para reducir la infiltración del aire. Cuando la chimenea (en caso de tenerse), no esté en uso, el tiro debe estar bien cerrado. Recordar que la chimenea fue diseñada para expulsar humo, de modo que si no se cierra el tiro, el aire se escapa las 24 horas del día. Para reducir el paso del aire por las paredes exteriores en una casa nueva, instalar un revestimiento externo, sellar las juntas entre las tablas del forro exterior o calafatear y sellar totalmente las paredes exteriores. Mantener puertas y ventanas cerradas; abrirlas sólo cuando sea indispensable renovar el aire: el mejor momento para renovarlo, es cuando el aire exterior está fresco. Tapar y sellar todo tipo de hendiduras para asegurar que el aire acondicionado quede perfectamente aislado (cambiar vidrios rotos, sellar orificios por los cuales pueda escaparse el aire). Lograr un óptimo aislamiento térmico permite protegerse mejor del frío en la temporada invernal. Revisar que todos los conductos estén debidamente aislados si el aire acondicionado es integral. Aislar la pared; esto generalmente requerirá 2/3 del espesor que se aplique al techo.

3

Calafatear.- Cerrar o tapar junturas.

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Figura A.4 Filtración de aire

Uno de los sistemas más importantes de su casa está escondido bajo los pies y sobre la cabeza; y sin embargo, podría ser la causa del desperdicio de una gran parte del dinero que se paga por concepto de energía. El sistema de conductos de una casa es una ramificación de tubos dentro de las paredes, los pisos y los cielos rasos de la casa que lleva el aire desde la caldera y la unidad central de aire acondicionado a cada habitación de la casa. Los conductos se fabrican de chapa metálica, fibra de vidrio u otros materiales. Desgraciadamente, muchos sistemas de conductos no están bien aislados. Si los conductos dejan pasar el aire caliente a los espacios que no se deben acondicionar, pueden agregarse miles de pesos al año en la cuenta por concepto de consumo energético. Casi siempre, resulta muy eficiente en función del costo, aislar los conductos que están en espacios no acondicionados. Si se va a instalar un sistema de conductos nuevo, considérese la probabilidad, de utilizar conductos con material aislante incorporado. Si los conductos se encuentran en áreas no acondicionadas, como el ático o el espacio ventilado de acceso a las tuberías, es incluso más importante sellarlos para prevenir escapes. Si los conductos de distribución tienen escapes, el aire caliente o frío puede pasar por las juntas no selladas y perderse. Además, el sistema puede también aspirar el aire no acondicionado en los conductos de retorno a través de las juntas no selladas. Esto significa que en el Verano, el aire caliente del ático puede aumentar la carga de trabajo para el sistema de aire acondicionado, y que en el Invierno, la caldera tiene que trabajar durante más tiempo para mantener la casa a una temperatura cómoda. En ambos casos, la pérdida de energía le cuesta dinero al dueño de la casa.

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Aunque es fácil realizar las reparaciones menores en los conductos, es mejor contratar personal calificado para que aísle y selle los conductos en los espacios no acondicionados con los materiales adecuados. Sugerencias para la reparación de conductos: Examinar los conductos para detectar escapes de aire. Fijarse primero en las secciones que deberían estar unidas, pero que se han separado; luego, búsquense orificios evidentes. Si se utiliza cinta para reparar y sellar los conductos, buscar una cinta que reúna las especificaciones requeridas y que no se deteriore o agriete al pasar el tiempo. Recordar que si los conductos del sótano tienen aislamiento, en el sótano hace más frío. Si ni los conductos, ni las paredes del sótano están aislados, entonces considérese la posibilidad de aislar ambos. Si se ha convertido el sótano en una parte habitable de la casa, instalar en los cuartos registros de suministro y rejillas de retorno. Asegurarse de que exista una barrera de vapor bien sellada en la parte exterior del aislamiento de los conductos de enfriamiento, para prevenir la acumulación de humedad.

Figura A.5 Visualización de conductos y sus posibles fugas

Ventanas. Debe tener ventanas con vidrios térmicos o doble vidrio; éstos reducen la ganancia de calor a través de los mismos. En ventanas donde se tiene radiación solar directa, deben contar con algún tipo de elementos sombreadores, tales como volados, ventanas remetidas o aleros. Las ventanas, pueden ser uno de los elementos más atractivos de una casa. Las ventanas ofrecen vistas, la luz solar, ventilación y calor solar en el invierno. Sin embargo, pueden también ser la causa de entre el 10% y el 25%

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del gasto de energía de la casa. Durante el verano, las ventanas orientadas hacia el Sol hacen que el aire acondicionado trabaje el doble o el triple de lo normal. Si se vive en un lugar donde se recibe mucha luz solar, debe buscarse el nuevo tipo de ventanas de control de la luz solar por selectividad espectral, las cuales pueden disminuir la carga de enfriamiento en más de la mitad. En climas fríos, se debe seleccionar el tipo de ventanas con gas entre los cristales, que hayan sido tratadas con capas de baja emisión para disminuir la pérdida de calor. En climas más cálidos, elegir ventanas tratadas con capas de selectividad espectral. Si se va a construir una casa nueva, puede compensarse en parte el gasto de instalar ventanas más eficientes, ya que su rendimiento justificará la compra de un equipo de calefacción y aire acondicionado de capacidades más pequeñas y menos costosas. Si se decide no cambiar las ventanas, las medidas más sencillas y de bajo costo que se ofrecen a continuación, pueden mejorar el funcionamiento de las ventanas de una casa. 1.- Sugerencias para ventanas en clima frío: Instalar ventanas de tormenta, ya sea interiores o exteriores; las ventanas de tormenta, pueden reducir la pérdida de calor a través de las ventanas en un 25% a 50%. Las ventanas de tormenta deberían tener burlete en todas las juntas movibles, deberían ser de un material fuerte y duradero y estar equipadas con juntas de encaje o solapaderas. Las ventanas de tormenta con vidrios de baja emisión pueden ahorrar aún más energía. Si es necesario, reparar y climatizar las ventanas de tormenta actuales. Si después de climatizar las ventanas todavía se sienten corrientes de aire, instalar cortinas aislantes bien ajustadas a las ventanas. Por la noche, cerrar las cortinas y los visillos4, y luego, abrirlos durante el día. Mantener limpias las ventanas orientadas hacia el Sur, para aumentar la absorción de la luz solar. 2.- Sugerencias para ventanas en clima cálido: Instalar cortinas, visillos y persianas de color “blanco”, para reflejar el calor hacia fuera. Durante el día, cerrar de las ventanas orientadas hacia el Sur y el Oeste. Instalar toldos en las ventanas orientadas hacia el Sur y el Oeste. Aplicar películas de control de la luz solar u otro tipo de película reflectora a los vidrios de las ventanas orientadas hacia el Sur para disminuir la absorción de la luz solar. 4

Visillo.- Cortina fina y transparente que se coloca en la parte interior de los cristales de una ventana o balcón.

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Figura A.6 Diseño de la estructura de una ventana para clima frío

Figura A.7 Diseño de la estructura de una ventana para clima cálido

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A.2.1.5. Suelo radiante. El Suelo Radiante es un sistema de distribución del calor adaptable a cualquier fuente de energía, Los romanos, en su versión, lo llamaban "Hipocasus" en la España medieval "Glorias". Se trata de introducir calor en el suelo y dejar que la radiación ambiente las casas. Esto se conseguía construyendo canales por debajo del suelo y haciendo circular aire caliente por ellos. Hoy, la versión moderna, es instalar en el solado tubos de polietileno reticulado Pex. Los tubos se colocan de 3 a 5 cms., por debajo de la superficie, con una separación de 10 a 30 cms., entre ellos. Haciendo circular por los tubos agua entre 35 y 45 ºC, el suelo se mantiene entre 20 y 28 ºC y el ambiente entre 18 y 22 ºC. El grado de confort que se consigue con este tipo de calor es ideal. Reduce el consumo: Consigue un ahorro de hasta el 20% frente a otros sistemas tradicionales de climatización. Mayor confort y ambiente más saludable: Calefacción en invierno y fresco en verano. El ambiente no se reseca. A.2.1.6. Integración de energías renovables. Mediante la integración de fuentes de energía renovable, es posible que todo el consumo sea de generación propia y no contaminante. En este caso, hablamos de "edificios 0 emisiones". Puede llegarse incluso a generar más energía de la consumida que podría ser vendida a la red-, en cuyo caso hablamos de "edificios energía plus". Las fuentes más empleadas son la energía solar fotovoltaica, la energía solar térmica, la energía eólica e incluso la energía geotérmica. Solar. La energía solar es la energía que proporciona el sol a través de sus radiaciones y que se difunde, directamente o de modo difuso, en la atmósfera. Gracias a diversos procesos, la energía solar se puede transformar en otra forma de energía útil para la actividad humana: en calor, en energía eléctrica o en biomasa. Por ende, el término “energía solar” se utiliza, con frecuencia, para describir la electricidad o el calor obtenidos a partir de ella. Las técnicas para capturar directamente una parte de esta energía están disponibles y están siendo mejoradas permanentemente. Se pueden distinguir tres tipos de energías: a) Energía solar fotovoltaica: Se refiere a la electricidad producida por la transformación de una parte de la radiación solar con una célula fotoeléctrica (es un componente electrónico que, expuesto a la luz (fotones), genera una tensión). Varias celdas están conectadas entre sí en un módulo solar fotovoltaico. Y, después, varios módulos se

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agrupan para formar un sistema solar para uso individual o una planta de energía solar fotovoltaica, que suministra una red de distribución eléctrica. El término “fotovoltaica” se refiere al fenómeno físico – el efecto fotovoltaico – o bien a la tecnología asociada. b) Energía solar térmica: Consiste en utilizar el calor de la radiación solar. Se presenta en diferentes formas: centrales solares termodinámicas, agua caliente y calefacción, refrigeración solar, cocinas y secadores solares. La energía solar termodinámica es una técnica que utiliza energía solar térmica para generar electricidad o para calentar agua. En el mercado existen productos para el calentamiento de agua solares como el caso del Boiler Solar “EUROSOL” que calienta el agua a 60 grados centígrados en un día despejado, igual a la temperatura máxima de otros calentadores de agua. Funciona también en días fríos ya que la radiación solar es captada por el panel colector solar. Es un calentador de agua, híbrido solar-eléctrico que cumple con los criterios de Hipotecas verdes de INFONAVIT y CONAE (Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía). En México existe el programa de la CONAE “Programa para la Promoción de Calentadores Solares de Agua en México” (Procalsol). Ventajas de los calentadores solares “EUROSOL”, sólo requiere: Conectarse al agua fría y caliente Alimentación eléctrica monofásica 220 V o 110 V No requiere mantener ni conectarse al boiler de gas. Puede conectarse en donde estaba el calentador de agua que se eliminará. La instalación de este calentador solar es muy sencilla. Se debe de ubicar en un área sin obstáculos a la luz solar, orientado al sur, puede ser en el techo, terrazas o patios. c) Energía solar pasiva: El uso más antiguo de la energía solar consiste en beneficiarse del aporte directo de la radiación solar y es la llamada energía solar pasiva. Para que un edificio se beneficie con muy buena radiación solar, se debe tener en cuenta la energía solar en el diseño arquitectónico: fachadas dobles, orientación hacia el sur y superficies vidriadas, entre otros. El aislamiento térmico desempeña un papel importante para optimizar la proporción del aporte solar pasivo en calefacción y en la iluminación de un edificio. Una casa o un edificio que posean energía solar pasiva estarán contribuyendo a un importante ahorro energético.

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Otro ejemplo son los sistemas de iluminación natural de la compañía Solatube® que capturan la luz solar a través de un domo en el techo y la canaliza hacia abajo a través de un sistema reflectante interno. Este tubo es mucho más eficiente que los pozos de luz de claraboya de tabla enyesada, que pueden perder hasta la mitad de la luz potencial. Este tubo cabrá entre las vigas y se instala fácilmente sin modificaciones estructurales. Al nivel del cielo raso, un difusor que parece un artefacto luminoso embutido que dispersa la luz de manera uniforme en todo el cuarto.

Figura A.8 Sistema de iluminación de Solatube

®

Cargadores de baterías, ventiladores, lámparas de jardín, bombas hidráulicas… Hoy en día, casi todo puede funcionar con energía solar. Ya son muchos los que llevan en su bolso un GPS equipado con un cargador solar y los paneles solares fotovoltaicos aparecen en unos cuantos techos. Eólica. La energía eólica es una forma indirecta de energía solar, ya que son las diferencias de temperaturas y de presiones en la atmósfera, provocadas por la absorción de la radiación solar, las que ponen al viento en movimiento. El aerogenerador es un generador de corriente eléctrica a partir de la energía cinética del viento.

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La energía eólica es, en la actualidad, una energía limpia y también la menos costosa de producir, lo que explica el fuerte entusiasmo por esta tecnología. Energía mini eólica: En Japón, por ejemplo, Zephyr Corporation fabrica eólicos de hasta 1.5 kW (12,5 m / s) de potencia, con un peso inferior a 16 kg y con palas de 1.8 m de diámetro. Un dispositivo permite la producción continua de electricidad, incluso con una brisa. El precio es de alrededor $40,000 pesos con el controlador incluido. A.2.1.7. Techo verde. Un techo verde, azotea verde o cubierta ajardinada es el techo de un edificio que está parcial o totalmente cubierto de vegetación, ya sea en suelo o en un medio de cultivo apropiado. No se refiere a techos de color verde, como los de tejas de dicho color ni tampoco a techos con jardines en macetas. Se refiere en cambio a tecnologías usadas en los techos para mejorar el hábitat o ahorrar consumo de energía, es decir tecnologías que cumplen una función ecológica. El término techo verde también se usa para indicar otras tecnologías "verdes", tales como paneles solares fotovoltaicos o nódulos fotovoltaicos. Otros nombres para los techos verdes son techos vivientes y techos ecológicos. Las cubiertas ajardinadas incorporan bajo la tierra una lámina geotextil antirraíces para evitar que filtraciones de arena puedan obstruir los drenajes, así como para impedir que las raíces de las plantas puedan dañar los elementos inferiores de la construcción. A.2.2. Iluminación. Los interiores deben ser de colores claros para reflejar mejor la iluminación natural, ya que la iluminación que se tiene del exterior se refleja mejor, evitando así generar calor al encender las lámparas. Aumentar la eficiencia de la iluminación de una casa, es una de las maneras más rápidas de disminuir los gastos de consumo de energía. Por ejemplo, si se cambia el 25% de las luces de una casa, por lámparas fluorescentes o de tecnología LED en las zonas de mayor uso y consumo, se podrá ahorrar alrededor del 50% de lo que se paga mensualmente por este concepto. 1.- Iluminación interior. Para producir iluminación de alta calidad y eficiencia, se recomienda utilizar tubos fluorescentes y bombillas fluorescentes compactas de alta eficiencia energética en todas las lámparas de la casa. Las lámparas fluorescentes son mucho más eficientes y duran entre 6 y 10 veces más que las bombillas incandescentes. Aunque las lámparas y bombillas fluorescentes cuestan más que sus equivalentes incandescentes, su costo se amortiza con el uso por su bajo consumo de energía. 2.- Iluminación exterior. Mucha gente que tiene su propia casa, usa la iluminación exterior para fines decorativos y de seguridad. Cuando se compren luces exteriores, se encontrará una gran variedad de productos, desde la

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iluminación de bajo voltaje para caminos, hasta iluminación con lámparas proyectoras activadas por movimiento.

Figura A.9 Bombillas fluorescentes compactas

Figura A.10 Lámpara estilo antorcha

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Es preferible usar tubos y lámparas compactas fluorescentes (CF) en lugar de focos incandescentes. Aunque el costo inicial de estas lámparas es más elevado, a la larga resultan más económicas; su duración aproximada es 10 veces mayor y consumen 4 veces menos energía. Una lámpara CF o tubo de 32 vatios produce la misma cantidad de luz que un foco de 75 vatios. Para permitir el ahorro de energía eléctrica en las lámparas fluorescentes se pueden o se deben tomar o seguir las siguientes actividades: En los lugares donde no se requiere de mucha iluminación (habitaciones, pasillos, cornisas) pueden usarse focos de 25 vatios. En lámparas múltiples puede quitar uno de cada tres focos o utilizar los de 25 vatios. Utilizar un regulador de intensidad (“dimer”) para graduar la luz al mínimo necesario. También se recomienda usar relojes (“timer”) que permiten programar el inicio o la interrupción de corriente en un aparato a una hora determinada. Instalar interruptores de presencia que encienden sólo cuando detectan a las personas, pero es todavía mejor que este sistema el uso de lámparas compactas fluorescentes de 1/5 - l/4 de la potencia del foco. Otras ideas para poner en práctica de inmediato son: - Apagar la luz cuando no sea necesaria. - Utilizar una lámpara de mesa fluorescente cuando se trabaje en un escritorio. - Limpiar las lámparas y focos, ya que el polvo bloquea la luz que emiten. - Mantener las cortinas y persianas abiertas durante el día; la luz solar es la mejor. - Realizar el mayor número de actividades aprovechando la luz solar. - Encender los focos de los adornos navideños en las primeras horas de la noche. Iluminar exclusivamente los espacios que requerimos con las lámparas y tubos adecuados, ahorra energía y reduce gastos. Utilizar lámparas fluorescentes compactas en sustitución de focos incandescentes; éstas proporcionan el mismo nivel de iluminación, duran diez veces más y consumen cuatro veces menos energía eléctrica. Pintar el interior de la casa con colores claros, la luz se refleja en ellos y se requiere menos energía para iluminar. 3.- El diodo LED (Light Emiter Diode), esta difundiéndose a pasos agigantados en todos los campos de la iluminación, acaba de encontrar en la decoración su mejor aliado. Los diodos LEDs Tienen enormes ventajas sobre las lámparas normales, muy bajo consumo de energía, no desprenden prácticamente calor, mantenimiento nulo y con una larga vida útil (más de 100.000 horas en general, las lámparas normales =1000, los fluorescentes 8000horas de duración). Los fabricantes de letreros luminosos están eufóricos por su potencia, alcance, consumo y mantenimiento. Hemos visto leds en los

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pilotos traseros para bicicleta, en las linternas, en los pilotos posteriores de autos, en semáforos, y por ultimo llegan al hogar, donde economizan consumo, (podríamos iluminar un hogar durante días con el contenido de una batería de auto), (en caso de caída de tensión en la red eléctrica es útil para sitios rurales y hospitales), esta tecnología que evoluciona rápidamente, puede empotrarse en cualquier tipo de arquitectura debido a su pequeño tamaño, peso, robustez y larga vida.

Figura A.11 Focos a base de LEDs

Ventajas de la Tecnología de Iluminación LED. La tecnología de iluminación LED ha revolucionado la manera en que utilizamos la luz permitiendo fuentes de iluminación controlables, ajustables, inteligentes y comunicativas. Rendimiento luminoso elevado. El flujo direccional de las lámparas LED permite dirigir la luz al área deseada, incrementando considerablemente la uniformidad lumínica y reduciendo los parches o 'islotes' oscuros y la pérdida de iluminación entre las fuentes de luz. En consecuencia, se optimiza el uso de la luz emitida y se reduce el consumo de energía y la contaminación lumínica. O sea, las lámparas LED tienen un mayor Rendimiento Luminoso Útil (expresado en porcentaje de lúmenes por watt) que las lámparas 'ahorradoras de energía' (CFL) o las lámparas de vapor de sodio (HPS), tradicionalmente utilizadas en los sistemas de alumbrado público. Adicionalmente, las lámparas LED ofrecen ocho veces más iluminación que las obsoletas lámparas incandescentes. Ahorros de energía extraordinarios. Las luces LED son extremadamente eficientes y permiten ahorros de entre 60 y 90% respecto a las convencionales lámparas incandescentes y de sodio (y mercurio), y 10 a 20% respecto a las lámparas 'ahorradoras de energía' (de bajo consumo). Costo mínimo de mantenimiento. Las lámparas LED, a causa de su larga vida, evitan interrupciones del servicio, perjuicios y reemplazos constantes, ofreciendo un ahorro excepcional en el mantenimiento. Las lámparas LED resultan enormemente prácticos en aquellas aplicaciones en las que es complicado o costoso instalar y mantener las luminarias, como por ejemplo los puentes, las estructuras de gran altura o el alumbrado de seguridad.

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Ahorros elevados en nuevas instalaciones. Las instalaciones nuevas se beneficien de un ahorro substancial en el costo del cable de cobre, cuyo espesor (diámetro) es apenas una fracción del requerido por instalaciones de lámparas tradicionales (sodio o haluro metálico). Larga vida útil. Las lámparas LED tienen una vida útil de más de 50,000 horas (una lámpara encendida en promedio 8 horas diarias tiene una vida de 17 años). Mayor seguridad de instalación y operación. Las luces LED operan a bajo voltaje (< 32v) y generan un calor mínimo, proporcionando seguridad a los usuarios durante su instalación y operación. Protección del medio ambiente. Las lámparas LED son reciclables y no contaminan el medio ambiente. Las lámparas fluorescentes ahorradoras de energía y las de sodio contienen mercurio; además que las fluorescentes emiten ondas electromagnéticas nocivas a la salud a corta distancia (lámparas de escritorio o de cabecera).

Figura A.12 Las lámparas a base de tecnología LED tienen una mayor ahorro de energía

A.2.3. Aparatos de climatización. Hay tres aparatos que pueden brindarle comodidad durante la época de calor: el ventilador, el aire lavado o “cooler” (humidificador de ambiente) y el aire acondicionado. A.2.3.1. Ventilador. Un ventilador no bajará la temperatura de su habitación y no enfriará el aire, pero hará que su piel se sienta más fresca. Ello es debido a que el sistema de enfriamiento de nuestro cuerpo se basa en la evaporación de la transpiración. El movimiento del aire creado por un ventilador aumenta esta evaporación haciéndonos sentirnos más frescos y secos. El ventilador es uno de los elementos menos consumidores de energía de todos los electrodomésticos. La cantidad de electricidad que consumen, es desde 70w (0,07 Kw/h) a la máxima velocidad, (poco utilizada) hasta 15 w (0,015Kw/h) de la mínima. A.2.3.2. Cooler (humidificador de ambiente). En clima cálido seco, utilizar aire lavado o “cooler” en lugar de aire acondicionado; es más económico y consume menos energía. Las recomendaciones que deben seguirse para usar este equipo son las siguientes:

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Conservar las aspas limpias. Vigilar la instalación de los ventiladores de techo: una instalación inadecuada puede resultar peligrosa y además consumir mayor cantidad de energía eléctrica. Limpiarlo a fondo y pintarlo correctamente cada vez que lo requiera, con el fin de evitar la posible oxidación. Revisar periódicamente los cables y cambiar los que estén dañados. Engrasar las partes mecánicas del motor y chumaceras. Revisar el funcionamiento adecuado de bandas, poleas y bombas de agua. Nivelar el equipo. Reemplazar la paja de las paredes. Colocar el equipo en lugares sombreados. Revisar que no haya obstrucciones a las corrientes de aire, tanto interiores como exteriores. Para refrescar el clima usar los aparatos adecuados conforme a las necesidades. A.2.3.3.- Aire acondicionado. Si por el clima donde se encuentra la casa se requiere contar con un acondicionador de aire, éste debe ser eficiente, considerando lo que se indica en la etiqueta amarilla de la norma de eficiencia energética para estos aparatos. Calentar y enfriar un hogar, no sólo consume más energía que cualquier otro sistema de la casa; sino que también, causa el mayor desperdicio de dinero. Típicamente, el 44% de las facturas de electricidad y gas utilizado en una casa-habitación, se debe a la calefacción y al enfriamiento. Y, lo que es más, en los Estados Unidos de América los sistemas de calefacción y aire acondicionado juntos, arrojan a la atmósfera más de medio millón de toneladas de dióxido de carbono al año, lo cual contribuye así, a empeorar el problema del calentamiento global. También, causan cerca del 24% del dióxido de sulfuro y del 12% de los óxidos de nitrógeno generados en ese país, ambos son ingredientes principales de la “lluvia ácida”. Independientemente del tipo de calefacción, ventilación o aire acondicionado que se tenga en una casa, se puede ahorrar dinero y aumentarse el nivel de comodidad si se cuida y se mejora el equipo utilizado para esos menesteres. Pero recuérdese, que el hecho de tener una caldera eficiente en cuanto a consumo energético no influye tanto en los gastos de electricidad y gas como un plan global para toda la casa. La combinación de un plan de mantenimiento y mejora adecuado del equipo con el aislamiento adecuado, y la climatización requerida, junto con la regulación cuidadosa del termostato; sí puede reducir a la mitad el pago de las facturas energéticas y la cantidad de contaminantes que una casa contribuye a generar. Las sugerencias para las condiciones óptimas de calefacción y enfriamiento son: Regular el termostato a la temperatura más baja en el invierno y la más alta en el verano.

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Limpiar o cambiar los filtros de la caldera una vez al mes, o según, sea necesario. Limpiar los registros del aire caliente, los calentadores de zócalo5 y los radiadores según sea necesario. Asegurarse que no estén bloqueados por muebles, alfombras o cortinas. Sacar todo el aire atrapado en los radiadores de agua caliente una o dos veces cada temporada. Colocar reflectores a prueba de calor para radiadores sobre las paredes exteriores y los radiadores. Utilizar concienzudamente los extractores de la cocina, del baño y del resto de la casa. En una hora estos extractores pueden sacar el aire frío o caliente de toda una casa. Apagar los extractores inmediatamente después que hayan logrado su efecto. Durante la época de frío, dejar las cortinas y las persianas abiertas durante el día en el lado Sur de la casa para que entre la luz del Sol, y cerrarlas durante la noche para disminuir el enfriamiento que se pueda sentir por las ventanas frías. Durante la época de calor, hacer la operación inversa. Si hay alguna habitación que no esté ocupada y se encuentra aislada del resto de la casa (por ejemplo, si está en una esquina de la casa), cerrarla y bajar el termostato o apagar la calefacción en ese cuarto, o en esa zona de la casa. Sin embargo, no apagar la calefacción si afecta negativamente al resto del sistema. Por ejemplo, si se calienta una casa con una bomba de calor, no debe cerrarse las rejillas de ventilación, ya que al hacerlo, podría dañarse la propia bomba. Cuando se compre un nuevo sistema de calefacción o enfriamiento, seleccionar un equipo de alta eficiencia energética. Para cada aparato, estudiar la clasificación de Eficiencia Anual en la Utilización de Combustible (Annual Fuel Utilization Efficiency, AFUE), y el Coeficiente Estacional de Eficiencia Energética (Seasonal Energy Efficiency Ratio, SEER). Los valores mínimos a nivel nacional son del 78% para AFUE y de 10% para SEER. Buscar las etiquetas FIDE y/o ENERGY STAR™, es un Programa del Departamento de Energía (Department of Energy, DoE) de los Estados Unidos de América, y de la Agencia para la Protección del Medio Ambiente (Environmental Protection Agency, EPA), diseñado para ayudar al consumidor a identificar los electrodomésticos y productos de alta eficiencia energética. Desconectar el aire acondicionado al salir de la habitación. Adecuar la temperatura del aire acondicionado para dormir sin cobijas. Si se dispone también de un ventilador, es aconsejable que al estar fría la habitación se apague el aire acondicionado y sólo se encienda el ventilador. De esta manera, la habitación se mantendrá fresca y no se gastará tanta energía. Llevar a cabo una limpieza general del equipo, quitar todo el polvo y el moho. Pintar la unidad para evitar su oxidación, si es necesario. 5

Zócalo.- Cuerpo inferior del exterior de un edificio, que sirve para elevar los basamentos a un mismo nivel. También, es un rodapié colocado en una pared.

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Revisar periódicamente si la unidad necesita gas refrigerante. Cuidar que el motor, los alambrados y el termostato funcionen correctamente; en caso contrario, repararlos utilizando el accesorio adecuado. Limpiar el filtro de aire cada 15 días. Los filtros sucios y los depósitos saturados de polvo provocan que el motor trabaje sobrecargado y reduzca su utilidad. Dar mantenimiento a todo el equipo cada año. Está comprobado que los aparatos de aire acondicionado que tienen 2 años o más sin mantenimiento consumen el doble de energía. En Verano, evitar que los rayos solares caigan directamente sobre las ventanas Utilizar toldos, aleros inclinados, persianas o cortinas con recubrimiento de aluminio, polarizado de vidrios o películas plásticas. Al comprar un equipo de Aire Acondicionado, verificar que tenga la capacidad necesaria y nunca superior a la que se requiera. Utilizar la vegetación a nuestro favor; plantar árboles en puntos estratégicos ayuda a desviar las corrientes de aire frío en invierno y a generar sombras en el verano. Mediante la instalación de toldos de lona o aleros inclinados, persianas de aluminio, vidrios polarizados, recubrimientos, mallas y películas plásticas, se evita que el sol llegue directamente al interior. Así se pueden obtener ahorros en el consumo de energía eléctrica por el uso de aire acondicionado. El aislamiento adecuado de techos y paredes ayuda a mantener una temperatura agradable en la casa. Si se utilizan unidades centrales de aire acondicionado, aísla también los ductos. Es relativamente sencillo sellar las ventanas y puertas de la casa con pasta de silicón, para que no entre el frío en los meses de invierno y no se escape en los meses calurosos. Cuando se compre o reemplace el equipo, verificar que sea el adecuado a nuestras necesidades. Vigilar el termostato, puede significar un ahorro adicional de energía eléctrica si permanece a 18°C (65°F) en el invierno, y a 25°C (78°F) en verano. En clima seco usar el cooler, es más económico y consume menos energía que el aire acondicionado.

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Figura A.13 Sistemas de calefacción doméstica

El acondicionamiento de aire es el proceso más completo de tratamiento del aire ambiente de los locales habitados; consiste en regular las condiciones en cuanto a la temperatura (calefacción o refrigeración), humedad, limpieza (renovación, filtrado) y el movimiento del aire dentro de los locales. Si no se trata la humedad, sino solamente de la temperatura, podría llamarse climatización. Entre los sistemas de acondicionamiento se cuentan los autónomos y los centralizados. Los primeros producen el calor o el frío y tratan el aire (aunque a menudo no del todo). Los segundos tienen un/unos acondicionador/es que solamente tratan el aire y obtienen la energía térmica (calor o frío) de un sistema centralizado. En este último caso, la producción de calor suele confiarse a calderas que funcionan con combustibles. La de frío a máquinas frigoríficas, que funcionan por compresión o por absorción y llevan el frío producido mediante sistemas de refrigeración. Es sorprendente saber que comprar una unidad de aire acondicionado de mayor capacidad para utilizarse en una casa-habitación, no garantiza necesariamente, más comodidad durante los calurosos meses del verano. De hecho, una unidad de aire acondicionado demasiado grande (en capacidad) para el cuarto que debe enfriar, funciona de forma menos eficiente y menos eficaz que una unidad pequeña del tamaño y capacidad adecuadas. Esto se debe a que las unidades diseñadas para una habitación funcionan mejor si trabajan durante períodos de tiempo relativamente largos, en vez de apagarse y encenderse continuamente. Si la unidad está en funcionamiento durante un periodo más largo, puede mantener una temperatura constante en la habitación.

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El tamaño de la unidad tiene igual importancia cuando se trata de un sistema central de aire acondicionado, y en este caso, un profesional debe decidir, el tamaño y capacidad adecuados. Sugerencias para el enfriamiento de una casa: Los ventiladores para toda la casa contribuyen a enfriar la casa aspirando el aire fresco por la casa y expulsando el aire caliente a través del ático. Son más eficaces cuando se utilizan de noche y cuando el aire de fuera es más fresco que el aire de dentro. Ajustar el termostato a la temperatura más alta que permita sentirse cómodo en el verano. Cuanto menor sea la diferencia entre la temperatura dentro y fuera de la casa, tanto menor será el costo de enfriarla todos los meses. Cuando se encienda el aire acondicionado, no se ajuste el termostato a una temperatura más baja de lo normal. No se enfriará la casa más rápido y podría resultar en un enfriamiento excesivo y, por consiguiente, en un gasto innecesario. Utilizar un ventilador interior al mismo tiempo que la unidad de aire acondicionado de ventana, para distribuir el aire frío por toda la casa sin consumir mucho más electricidad. No colocar lámparas o televisores cerca del termostato del aire acondicionado. El termostato detecta el calor de estos aparatos, lo cual causa que el aire acondicionado funcione por más tiempo. Se recomienda plantar árboles o pequeños arbustos que proporcionen sombra a la unidad de aire acondicionado, pero asegurarse de que no interrumpan el flujo de aire. Una unidad que funciona en la sombra, consume hasta un 10% menos electricidad que la misma unidad funcionando a plena luz del Sol. A.1.7. Calentamiento de agua. El calentamiento de agua aprovechando la energía solar resulta una alternativa viable para reducir el consumo de combustibles fósiles y sus consecuentes impactos al medio ambiente. Asimismo, es evidente que la tecnología utilizada para este tipo de equipos y sistemas en México ha probado sus beneficios y que ha estado presente en nuestro país por varias décadas, a través de un buen número de empresas fabricantes y distribuidores. Para el calentamiento de agua, deberá contar con un calentador eficiente. El calentador permite cotidianamente el ahorro de energía y la reducción de gastos. Instalar el calentador lo más cerca posible del lugar donde se usa el agua. Utilizar preferentemente calentadores de paso que sólo se encienden cuando es preciso. Ajustar la temperatura al nivel mínimo necesario. Revisar que no haya fugas de gas ni de agua para evitar peligros y gastos innecesarios.

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Cerrar la llave del gas por la noche o cuando no se utilice, sobre todo al salir de vacaciones. Utilizar agua fría cuando la caliente no sea indispensable. Bañarse en la tarde durante la época de frío, ya que en la mañana la temperatura es más baja y se necesita una mayor cantidad de gas para calentar el agua. Tratar de que los miembros de la familia se bañen uno después de otro; esto permitirá encender sólo una vez el calentador. El calentamiento del agua ocupa el tercer lugar de importancia en el consumo de energía en una casa-habitación. Típicamente, corresponde a cerca del 14% de la cuenta de electricidad o de gas. Existen cuatro maneras de reducir el costo de calentar el agua: usar menos agua caliente, bajar la temperatura del calentador de agua, instalar material aislante alrededor del calentador de agua o comprar un calentador nuevo de mayor eficiencia energética. Una familia típica de 4 personas arroja los siguientes datos por cada integrante: si se baña durante 5 minutos, utiliza 2800 litros de agua por semana; es decir, una cantidad suficiente para suministrar agua potable a una persona por tres años. Es posible reducir esa cantidad a la mitad con sólo utilizar cabezas de ducha y grifos de bajo flujo y sin aireación. Las sugerencias para el calentamiento del agua son las siguientes: Reparar enseguida los goteos; un grifo (o llave) que gotea, desperdicia varios litros de agua en muy poco tiempo. Cubrir con material aislante el tanque de almacenamiento de agua caliente y las tuberías del calentador de gas, eléctrico o de aceite combustible; pero, asegurarse de no cubrir la parte superior o inferior, del termostato o la cámara del quemador. Instalar cabezas de ducha y grifos de bajo flujo y sin aireación. Comprar un calentador de agua nuevo de alta eficiencia energética. Aunque al principio costará más que un calentador estándar, seguirá ahorrando energía durante toda la vida útil del aparato. Aunque la mayoría de los calentadores de agua duran entre 10 y 15 años, es conveniente comprar uno nuevo si el actual tiene más de 7 años. Bajar la temperatura en el termostato del calentador de agua; a veces, los calentadores vienen de la fábrica ya ajustados a una temperatura alta, pero una temperatura de 40º C produce agua lo suficientemente caliente para la mayoría de los usos. Drenar agua del tanque cada tres meses para sacar el sedimento que impide la transmisión de calor y disminuye la eficiencia del calentador. Si se utiliza para calentar la electricidad y se vive en un clima soleado, estúdiese la posibilidad de instalar un calentador de agua del tipo “solar”. Estas unidades no contaminan el medio ambiente y hoy día, pueden instalarse en el techo y armonizan con el diseño arquitectónico de la casa-habitación.

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Utilizar más la ducha que los baños de inmersión. En una casa promedio, los baños de inmersión, son la mayor fuente de consumo de agua caliente, de 70 a 80 litros por baño; sin embargo, una ducha de 5 minutos consume menos de 40 litros. Considerar la posibilidad de instalar un sistema de recuperación de calor en aguas de desagüe.

Figura A.14 Consumo de agua caliente en un hogar típico

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Figura A.15 Calentador de agua con aislamiento térmico

A.1.8. Aparatos electrodomésticos. Para realizar un consumo más responsable de energía eléctrica debemos modificar nuestros hábitos en el uso de los aparatos eléctricos con los que contamos en nuestro hogar, a continuación presentamos algunos consejos básicos que ayudaran a disminuir

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considerablemente el consumo de electricidad, lo que se verá reflejado positivamente en el recibo de la luz. Mantener en buen estado los aparatos electrodomésticos y usarlos adecuadamente, contribuye al ahorro de energía y a la reducción de gastos; para ello se debe de: Apagar los aparatos eléctricos y desconectar los que no tienen interruptor cuando no se estén utilizando. Esto incluye los reguladores de voltaje. Apagar los aparatos que producen calor antes de terminar de usarlos --plancha, tubos o pinzas para el cabello, parrillas, ollas eléctricas, calefactores-- para aprovechar el calor acumulado. Mantener siempre limpios los aparatos eléctricos, principalmente los de la cocina: horno de microondas, tostador, extractor. Conservarlos en buen estado prolonga su duración y reduce su consumo de energía. Utilizar todos los aparatos eléctricos de acuerdo con las recomendaciones de uso, mantenimiento y seguridad que aconseja el fabricante. Revisar cuidadosamente los aparatos que al conectarse producen chispas o calientan el cable. No usarlos antes de resolver el problema. Desconectar los aparatos eléctricos desde la clavija, nunca jalar el cable. Es importante mantener en buen estado tanto la clavija como el enchufe. Aspiradora. Los filtros y los depósitos de polvo y basura saturados en la aspiradora hacen que el motor trabaje sobrecargado y que reduzca su vida útil. Cambiarlos cada vez que sea necesario. Verificar que la manguera y los accesorios estén en buen estado. Audio y video: Encender la televisión sólo cuando realmente se quiera ver un programa. Reunir a todos los miembros de la familia ante un mismo aparato televisor, cuando quieran ver el mismo programa. Mantener bajos los niveles de iluminación en el lugar donde vea la televisión, así se evitará los reflejos y ahorrará energía. Usar el reloj programador (“sleep, timer”); de esta manera el aparato se apagará cuando el usuario lo decida. No dejar encendidas lámparas, radios, televisores u otros aparatos eléctricos cuando nadie los está utilizando.

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Horno y tostador: Mantener siempre limpios de residuos el horno de microondas, el horno eléctrico y el tostador, ya que así durarán más tiempo y consumirán menos energía. Lavadora: La lavadora facilita la vida. Úsese de acuerdo con su capacidad y posibilidades para lograr el ahorro de energía y la reducción de gastos. Cargar la lavadora al máximo permisible cada vez, así disminuirá el número de sesiones de lavado semanal. Utilizar sólo el detergente necesario; el exceso produce mucha espuma y hace trabajar al motor más de lo conveniente. Llenar la lavadora con la carga de ropa apropiada de acuerdo con su capacidad. Si se pone menos ropa se gastará mucha agua y electricidad; si se sobrecarga, la ropa quedará mal lavada. Utilizar sólo el detergente necesario; el exceso produce mucha espuma y hace trabajar al motor más de lo conveniente. Remojar las prendas antes de lavarlas para evitar un doble lavado. Disminuir las sesiones de lavado por semana. Utilizar la secadora de ropa sólo cuando sea indispensable; aprovechar el Sol para secar la ropa y eliminar bacterias. Licuadora: La licuadora, ese aparato que tanto se usa en la preparación cotidiana de los alimentos, también permite ahorrar energía y reducir gastos. Revisar que las aspas siempre tengan filo y no estén rotas. Evitar el triturado de piezas enteras o semillas y especies en seco, ya que fuerza el motor. Moler de preferencia todas las porciones que se van a necesitar de una sola vez, en lugar de hacerlo por partes. Revisar minuciosamente el buen funcionamiento del aparato y mantener limpios sus componentes. Una licuadora que trabaja con facilidad dura más y gasta menos; comprobar que las aspas siempre tengan filo y no estén quebradas. Plancha: La plancha es otro aparato que consume mucha energía. Utilizarla de manera ordenada y programada, ahorra energía y reduce los gastos. Planchar la mayor cantidad posible de ropa en cada ocasión, dado que conectar muchas veces la plancha ocasiona más gasto de energía que mantenerla encendida por un rato. Planchar primero la ropa gruesa, o que necesite más calor, y dejar para el final la delgada, que requiere menos calor; desconectar la plancha poco antes de terminar para aprovechar la temperatura acumulada. No dejar la plancha conectada innecesariamente.

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Revisar la superficie de la plancha para que esté siempre tersa y limpia; así se transmitirá el calor de manera uniforme. Revisar que el cable y la clavija estén en buenas condiciones. Planchar de preferencia durante el día. Rociar la ropa ligeramente sin humedecerla demasiado. Tratar de planchar la mayor cantidad de ropa en una sola sesión. Conectar muchas veces la plancha gasta más energía que mantenerla encendida por un rato. Refrigerador: El refrigerador es uno de los aparatos que consume más energía en el hogar. Usarlo adecuadamente ahorra energía y reduce gastos. Si tiene un congelador para almacenado a largo plazo, la temperatura deberá ser de -18 ºC. Situar el refrigerador alejado de la estufa y fuera del alcance de los rayos del sol. Comprobar que la puerta selle perfectamente y revisar periódicamente el empaque, si no cierra bien puede generar un consumo hasta tres veces mayor al normal. No guardar los alimentos en el refrigerador mientras estén calientes, dejar enfriar los alimentos antes de refrigerarlos. La posición correcta del termostato es entre los números 2 y 3. En clima caluroso, entre los números 3 y 4. Si se piensa comprar un refrigerador nuevo, seleccionar el que consuma menos energía eléctrica. Revisar la etiqueta de eficiencia energética, que indica que ese aparato cumple con la Norma Oficial Mexicana y ahorra energía. Recordar que los de deshielo automático consumen 12% más de electricidad y eso significa mayor gasto. Descongelar el refrigerador y limpiar con un paño húmedo el cochambre que se acumula en la parte posterior, por lo menos cada dos meses. Limpiar los tubos del condensador ubicados en la parte posterior o inferior del aparato por lo menos dos veces al año. Colocarlo en un lugar con espacio para permitir la circulación de aire. Instarlo en un lugar fuera del alcance de los rayos solares y del calor de la estufa. Comprobar que los empaques de la puerta estén en buen estado y en su lugar, para asegurar que cierre herméticamente. Graduar la temperatura, colocando el termostato entre los números 2 y 3; en clima caluroso, entre los números 3 y 4. Así, se logrará el enfriamiento adecuado. Usar un termómetro de carátula en el interior para verificar la temperatura. En el compartimiento de comida fresca debe estar entre los 3 y los 5 ºC y en el congelador en -15 ºC. Verificar que el termostato esté en perfectas condiciones y que los ciclos se completen. Tapar bien los líquidos para evitar evaporaciones y la formación de hielo en el congelador. Para permitir la circulación del aire, no amontonar charolas. Abrir las puertas sólo cuando sea necesario y cerrarlas de inmediato, para evitar que entre el aire caliente y se salga el frío.

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Descongelar el refrigerador y limpiar con un paño húmedo el cochambre que se acumula en la parte posterior, por lo menos cada dos meses. Limpiar los tubos del condensador ubicados en la parte posterior o inferior del aparato, por lo menos dos veces al año. Recordar, darle mantenimiento periódico para prevenir fugas. Si se va a comprar un refrigerador nuevo, comparar precios, capacidad y consumo de energía. Revisar la etiqueta de eficiencia energética, que significa que ese aparato cumple con la Norma Oficial Mexicana (NOM). Recordar que los de deshielo automático consumen 30% más de electricidad y eso redunda en mayores gastos.

Figura A.16 Un refrigerador doméstico

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A.1.9. Guía de compra para los electrodomésticos principales.

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Figura A.17 Tabla de consumo por año de los electrodomésticos más comunes utilizados en una casa, y su costo anual por dicho consumo

A.1.10. Instalación Eléctrica. Mantener en buen estado la instalación eléctrica es indispensable para la seguridad de la familia en el hogar, así como para proteger la economía. Una instalación en mal estado gasta más energía y daña los aparatos. Si en una casa se presenta alguno de los siguientes casos: Disminuye la intensidad de la luz al conectar un aparato. Varía el tamaño de la imagen en la pantalla del televisor. Se funden los fusibles, eso significa que la instalación eléctrica no es la adecuada o que algún aparato se encuentra en mal estado. En estos casos es necesario solicitar los servicios de un técnico profesional, de inmediato. Una instalación en buen estado significa seguridad, ahorro de energía y reducción de gastos. Nunca deben conectarse varios aparatos en un mismo contacto, ya que se produce sobrecarga en la instalación, lo cual provoca una operación deficiente y posibles interrupciones y daños a largo plazo. Comprobar con frecuencia que en la instalación no existan cortos circuitos o fugas eléctricas: desconectar el interruptor general y todos los aparatos eléctricos y verificar que el disco del medidor NO siga girando. Si continúa girando, es necesario revisar la instalación. Hay que recordar que una fuga de corriente, es una fuga de dinero. En caso de corto circuito, desconectar inmediatamente el aparato que lo causó y todos los demás aparatos eléctricos y se deberán

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poner en apagado todos los apagadores de las lámparas. Si la instalación de una casa tiene interruptor automático, restitúyase la corriente, colocando el interruptor en posición de encendido; si en vez de interruptor se tiene una caja de fusibles, habrá que bajar el interruptor general y cambiar el fusible fundido. Nunca utilizar monedas, alambres o papel de estaño en lugar de fusibles. Usar siempre los fusibles adecuados, por protección. Si se tiene diferentes circuitos en casa, conviene desconectarlos en períodos de vacaciones. A.1.11. El ahorro de gas en la cocina. Mantener cerrados los pilotos de la estufa y encenderlos sólo mientras esté cocinando. Forrar con papel aluminio las hornillas de la estufa para que el calor se refleje hacia arriba. Cerrar la llave del gas inmediatamente después de usarla. Utilizar ollas y sartenes de diámetro igual o ligeramente mayor que el de la hornilla y con el fondo totalmente plano. Utilizar de preferencia la olla de presión; por lo general, los alimentos se cuecen más rápidamente de este modo. Tapar bien las ollas; así no se desperdicia el calor. Usar poca agua cuando se cocine “a baño María” para que el calor pase más rápidamente. Sacar con anticipación, del congelador los alimentos que preparará. Así se evitará consumir energía para descongelarlos. Utilizar el horno sólo cuando tenga que preparar o calentar mucha comida. Se gasta menos energía cuando se usan las hornillas. Apagar el horno un poco antes de que los platillos estén listos. Éste conservará suficiente calor para terminar la cocción de los alimentos. Controlar el tiempo para hornear cada platillo y abra el horno el menor tiempo y lo menos posible para que no se salga el calor. Preparar comida fría por lo menos una vez a la semana.

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